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Chaux (matière)

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chaux

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  • Chaux (matire)

    Pour les articles homonymes, voir Chaux.

    La chaux est un corps chimique minral, l'oxyde de cal-cium de formule brute CaO. Il sagit d'une espce mi-nrale naturelle rare, isomtrique de maille cubique, qu'ilest possible d'observer en petites masses blanches avec lesjecta transforms haute tempratures parmi lesquelsles laves communes sur les ancs des formations volca-niques, par exemple sur le Vsuve en Italie[3]. Rfrenceociellement en 1935 dans le champs de la minralogie,elle fait partie du groupe du priclase MgO.Mais le terme dsigne surtout une matire sche alcalineou fortement basique, facilement poudreuse et hydro-phile, de couleur blanche ou blanchtre, obtenue parcalcination du calcaire, obtenue autrefois artisanalementdans un four chaux, puis industriellement dans diversfours modernes. Elle est utilise depuis l'Antiquit, no-tamment dans la construction et pour les assises et fon-dations des voies et btiments. Fondant en mtallurgiedu fer ou sidrurgie, tant dans le traitement des mineraisque l'laboration d'aciers intermdiaires, la chaux, mat-riau proprits rfractaires, est la base de la chimiede l'lment calcium et intervient comme intermdiairedans la mtallurgie de nombreux mtaux non-ferreux.C'est un des produits manufacturs les plus communs del'industrie. Le chaulage dsigne l'apport de chaux ou unetraitement spcique la chaux.D'un point de vue chimique, la matire fabrique parl'industrie, est un oxyde de calcium avec plus ou moinsd'oxyde de magnsium et des impurets base decarbonates et d'hydroxydes de calcium ou magnsium,d'argiles, de divers silico-aluminates[4]... Ainsi la dsi-gnation usuelle et traditionnelle de la matire chaux peutenglober dirents corps chimiques proche de ce pre-mier produit. On les distingue dans le langage courant,par exemple, selon leurs utilisations anciennes et spci-ques dans le construction ou le btiment :

    la chaux vive est le produit direct de la thermolyseou calcination du calcaire, principalement de l'oxydede calcium (CaO) ; C'est la matire basique qui per-met par chauage de rendre caustique la soude oucarbonate de sodium des anciens chimistes ;

    la chaux teinte est obtenue aprs la raction com-plte de la chaux vive avec de l'eau et un schagerigoureux. Cette base, hydroxyde caustique peu cor-rosif, trs peu soluble dans l'eau, est constitued'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2). D'un point de

    vue minralogique, il sagit de l'espce minrale na-turelle nomme portlandite ;

    la chaux arienne soit un liant de chaux, compo-sant de base de mortier en trs faible partie argileuxquali pour sa prise lente au gaz carbonique de l'air,car elle ragit avec le dioxyde de carbone (CO2) del'air ;

    la chaux hydraulique, liant de chaux du commerce,proche d'un ciment de chaux qui durcit l'eau,contient en plus des silicates et des aluminates, carelle est fabrique partir de calcaires argileux[5].Elle est appele hydraulique pour sa premireprise : elle durcit en prsence d'eau vive avant d'treplus ou moins lentement renforce l'air par carbo-natation ;

    la chaux dsigne aussi le matriau nal de chaulage,la matire ou liant ayant fait prise aprs utili-sation. Bien que ce ne soit que le liant, on parled'un mur la chaux, mais chimiquement la chaux enquestion est majoritairement redevenue du calcaire(principalement du carbonate de calcium (CaCO3).

    Il existe aussi la chaux dolomitique ou chaux magn-sienne, elle aussi utilise depuis l'Antiquit, base dedolomie ou de calcaire magnsien.Notons encore que le terme chaux dsignait aussil'lment calcium, surtout prcisment le cation calciumCa, dans l'ancienne nomenclature chimique franaise,d'o les appellations aujourd'hui dsutes de sels dechaux, de sulfate hydrat de chaux (gypse), de carbonatede chaux et de magnsie (dolomie), de chlorure de chaux(chlorure de calcium), de pectate de chaux (le prcipit del'acide pectique par le cation calcium), de phosphate dechaux (phosphate de calcium), de chaux uate (uorineou uorure de calcium)...

    1 La chaux, une espce minralenaturelle rare

    Selon la classication minralogique Dana, la suite decouples de chires caractristiques 04.02.01.05 indiqueun simple oxyde (04) de cation mtallique divalent (02)appartenant au groupe isomtrique et de groupe d'espaceFm3m dit groupe du priclase, dont la chaux est le cin-quime membre, entre la priclase MgO, la bunsenite

    1

  • 2 2 PRPARATION ET RACTIONS CARACTRISTIQUES DE LA MATIRE CHAUX

    NiO, la manganosite MnO, la monteponite CdO et en po-sition 6 et 7, la wustite FeO et la hongquiite TiO.La classication de Strunz 04.AB.25 n'admet pas le sep-time membre, tout en ordonnant le groupe forme demanire dirente, soit la bunsenite, la chaux, la monte-ponite, la manganosite, le priclase et la wstite. Lemin-ral chaux se retrouve parfois abondant parmi les jecta dematires calcaires au sein des des volcans actifs ou soumis mtamorphose pralable.Elle est galement caractristique des mines de charbonen combustion lente, comme Kopeysk, prs du bassincharbonnier russe de Chelyabinsk au Oural du Sud.La mine Campbell Bisbee, comt de Cochise enArizona, aux tats-Unis montre de beaux chantillons dechaux vive nomme ici, comme en Vieille Angleterre,quick lime.Elle est associe la calcite sur le gisement volcaniquetopotype autour du Vsuve en Italie. Elle est encore as-socie la uorellestadite, au priclase, la magnsiofer-rite, l'hmatite, la srebrodolskite, voire l'anhydritedans les mines de charbons aprs combustion in situcomme Kopeysk en Russie.Un grand nombre de minralogistes reste ferme surl'exclusion des matires minrales de synthse, mais ilsemble vident que parfois l'art du chaufournier peut treremplac par des phnomnes gologiques naturels dehautes tempratures.

    2 Prparation et ractions caract-ristiques de la matire chaux

    Une carrire de calcaire ou pierre chaux (Kalkstein) Brnny,en Norvge.

    L'oxyde de calcium ou chaux vive est obtenue par calci-nation plus de 900C des minraux calcite ou aragonitede formule chimique CaCO3 ou dfaut des roches cal-caires ou craies qu'ils contribuent former avec d'autresminraux et impurets. La pierre chaux dsigne com-munment la matire chaue dans le four.Notons qu'il existe des calcaires magnsiens ou dolomies

    de formule (Ca, Mg)CO3 avec lesquels de la chaux ma-gnsienne ou dolomitique recelant un mlange (CaO,MgO) de chaux et de priclase est fabrique.

    2.1 CalcinationPar calcination du calcaire autour de 1000 C (CaCO3)on obtient de la chaux vive (Oxyde de Calcium : CaO) etun fort dgagement de dioxyde de carbone (CO2). C'estune raction de dcarbonatation[6].Cette raction saccompagne d'une perte de masse pou-vant aller jusqu 45 % et jusqu' 15 % de son volume,correspondant la perte en dioxyde de carbone selon laformulation chimique :

    Ancien chaufour et sa fosse prs d'Anzin. Il est toujours situ enaltitude ou prs d'une fosse ncessaire pour faciliter l'coulementou l'vacuation par dilution du gaz plus lourd que l'air qu'est legaz carbonique asphyxiant.

    CaCO3 CaO + CO2

    Ancien four chaux, site Brunner Mond, banlieue deWinnington, Northwich, comt de Cheshire, Angleterre

    En dehors du four de calcination du chaufournier tradi-tionnel, il existe deux types de fours, les fours droits etles fours rotatifs. Les fours droits anciens, typiques d'unprocd batch taient conus pour l'empilement succes-sif de couche de coke et de pierres chaux. il n'avait aumieux qu'une capacit de quelques dizaines de tonnes.Les fours droits aux combustibles liquide type fuel ou ga-zeux type gaz naturel permettent un meilleur rendementthermique par rcupration de chaleur et dveloppe des

  • 2.3 Carbonatation 3

    capacits exceptionnels pour un procd toujours discon-tinu, soient 150 500 tonnes par jour.

    Reprsentation d'un four chaux en 1906 (Leons lmentairesde chimie de l'enseignement secondaire des jeunes lles)

    Les fours rotatifs ont un rendement thermique plus faible,mais une capacit de charge continue permettant une pro-duction de plus de mille tonnes par jour. L'alimentationde calcaire concass sopre en continu pour ne pas touf-fer le four.

    2.2 ExtinctionLa transformation de chaux vive en chaux teinteseectue par ajout d'eau (H2O). Cette oprationd'extinction, conduite dans un hydrateur industriel, pro-duit l'hydroxyde de calcium Ca(OH)2, avec un fort dga-gement de chaleur :

    CaO + H2O Ca(OH)2 + 1155 kJ / kgCO

    Aprs transformation, l'augmentation du volume est deprs de 30 %.L'extinction peut tre ralise de direntes manires :

    arrosage superciel des blocs de chaux vive, puis ter-minaison de la raction l'air ;

    immersion des blocs de chaux vive dans un grandvolume d'eau puis terminaison de la raction l'air ;

    mlange eau-chaux dans un malaxeur avec contrlede la raction exothermique (dans l'industrie) ;

    immersion des blocs de chaux vive dans un grandvolume d'eau puis terminaison de la raction dansl'eau.

    Dans les trois premiers cas on obtient une chaux enpoudre (eur de chaux, chaux grasse, CAEB, chauxteinte). Dans le dernier cas, la chaux teinte produiteprend l'apparence d'une pte (chaux en pte) que l'onpourra garder tant que l'on maintient en surface de l'eaulimitant les changes de dioxyde de carbone (donc decarbonatation).La chaux en poudre correspond bien aux pratiques ac-tuelles du btiment (dosage en volume, mlange la b-tonnire).La chaux en pte permet l'obtention de mortiers plusgras, moins sujets la dessiccation rapide, des enduitsou des badigeons carbonatant plus vite et donc plus rsis-tants. Par contre, son dosage est plus dicile, le mlangeavec le sable plus dlicat sauf utiliser l'outillage adapt(malaxeur plantaire, rabot). La meilleure carbonata-tion de la chaux en pte a probablement comme origine lefait que l'extinction se faisant l'abri de l'air, aucune car-bonatation partielle anticipant la prise ne se produit. Parailleurs, la nesse de la chaux obtenue, la prsence de gelscollodau

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