Amélioration Du Plan Pilotage Laboratoire de L'atelier Broyage Ciment Au Sein de L'usine de SAFI [PDF]

Zitiervorschau

Royaume du Maroc Université Mohamed V – Rabat

Amélioration du plan pilotage laboratoire de l’atelier broyage ciment au sein de l’usine Faculté de Safi. des Sciences – Rabat

Département : Chimie Filière : Master spécialisé en Sciences Analytiques et Instrumentation

Projet de Fin d’études Pour l’obtention du diplôme :

Master spécialisé en Sciences Analytiques et Instrumentation

Amélioration du plan pilotage laboratoire de l’atelier broyage ciment au sein de l’usine de SAFI Réalisé et présenté par :

BENHAMMOU Saad

Encadré par :

Pr. BENALI Abdelkader : Enseignant chercheur à la FS Rabat M. MANAOUI TEMSAMANI Aiman : Responsable Q&E

Soutenu le : … juin 2022 devant le jury :

Pr. BENALI Abdelkader : Enseignant chercheur à la FS Rabat Pr. XXXXX : Enseignant chercheur à la FS Rabat Pr. XXXX : Enseignant chercheur à la FS Rabat

Année universitaire : 2021/2022 Faculté des Sciences Rabat;4 Avenue Ibn Batouta, B.P. 1014;Tel. : +212 37 77 80 12 – Fax : + 212 37 77 54 61;email: [email protected]

Amélioration du plan pilotage laboratoire de l’atelier broyage ciment au sein de l’usine de Safi.

Amélioration du plan pilotage laboratoire de l’atelier broyage ciment au sein de l’usine de Safi.

Sommaire : Liste des figures : ............................................................................................................................. Liste des tableaux : .......................................................................................................................... Liste des Abréviations :..................................................................................................................... Dédicace : ....................................................................................................................................... Remerciements : ............................................................................................................................... Introduction générale : ............................................................................................................... 1 Chapitre I : Organisme d’accueil lors du stage .......................................................................... 2 HeidelbergCement groupe : ................................................................................................... 2 1.

Fiche technique du Ciment du Maroc : .......................................................................... 2

2.

Historique ....................................................................................................................... 3

3.

Ciments du Maroc : ........................................................................................................ 4 1)

Site de Safi : ............................................................................................................. 4

2)

Site de Marrakech : .................................................................................................. 4

3)

Site d’Agadir (Ait Baha) : ........................................................................................ 4

4.

Organisation de l’entreprise : ......................................................................................... 6

5.

Procédé de fabrication de ciment : ................................................................................. 6 1)

Introduction : ............................................................................................................ 6

2)

Les constituants de ciment : ..................................................................................... 7 a)

Matières premières : ............................................................................................. 7

b)

Matières ajoutées : ................................................................................................ 7

3)

La chaine de fabrication du ciment : ........................................................................ 8 a)

Extraction et Concassage de la matière première : .............................................. 8

b)

Pré-homogénéisation des matières premières : .................................................... 9

c)

Broyage et homogénéisation de la farine crue : ................................................. 10

d)

Dépoussiérage : .................................................................................................. 11

e)

Production di clinker (ligne de Cuisson) : ......................................................... 11

f)

Broyage du ciment : ........................................................................................... 15

g)

Ensachage et expédition : ................................................................................... 16

Chapitre II : Etude bibliographique .......................................................................................... 17

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1.

Histoire de ciment : ...................................................................................................... 17

2.

Constituants minéralogiques et mécanisme de formation du clinker : ......................... 17 1) :

Influence de la composition minéralogique du clinker sur les propriétés du ciment 19

Chapitre III : Description de service : ...................................................................................... 20 1.

Service contrôle qualité du ciment : ............................................................................. 20 1)

Section 1 : Essais chimiques et physiques : ........................................................... 21 a)

Perte au feu (PAF) : ............................................................................................ 21

b)

Dosage de la chaux libre : .................................................................................. 22

c)

La finesse : ......................................................................................................... 22

d)

Analyse par fluorescence RX : ........................................................................... 23

e)

Le taux d’humidité : ........................................................................................... 24

2)

Section 2 : Essais physiques et mécaniques :......................................................... 24 a)

La surface spécifique BLAINE : ........................................................................ 24

b)

La prise du ciment : ............................................................................................ 25

c)

L’expansion (Stabilité de volume) : ................................................................... 25

d)

Gâchage : ............................................................................................................ 26

e)

La résistance à la flexion et la comparaison :..................................................... 27

Chapitre IV : Amélioration du plan pilotage laboratoire d’atelier de broyage : ...................... 28 1.

Plan pilotage laboratoire du ciment :............................................................................ 28 1)

Broyage cru : .......................................................................................................... 28

2)

Four / Refroidisseur : ............................................................................................. 29

3)

Broyeur à ciment : .................................................................................................. 30

4)

Combustible solide : .............................................................................................. 30

2. Problématiques : Insuffisance de suivi de deux variables chimiques pour vérifier la fiabilité des doseurs. ............................................................................................................. 31 3.

Les bilans de matières des quatre doseurs : .................................................................. 32 1)

Clinker : ................................................................................................................. 32

2)

Calcaire : ................................................................................................................ 32

3)

Gypse : ................................................................................................................... 33

4)

Les Cendres Volantes : .......................................................................................... 33

4.

Cadrage de la problématique : ...................................................................................... 33

5.

Intérêt du projet ............................................................................................................ 35

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6.

Système des équations des variables chimiques liés aux doseurs : ........................... 36

7. Etude de choix du nouveau variable a analysé et la méthode d’analyse la plus pertinente : ............................................................................................................................ 37 8.

Description de la méthode et ces limites : .................................................................... 39 1)

9.

Préparation de perle à analyser (échantillon de fabrication CPJ35) : .................... 40 a)

L’analyse complète du ciment étudiée : ............................................................. 41

b)

Modelé de précision de la méthode: ................................................................... 42

Interprétions et recommandations : .............................................................................. 44

Conclusion générale : ............................................................................................................... 45 Références bibliographiques : .................................................................................................. 46 Annexe : ................................................................................................................................... 47

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Liste des figures : Figure 1 : Liste des usines de Ciments du Maroc ...................................................................... 5 Figure 2 : Organigramme de l’usine de Safi. ............................................................................. 6 Figure 3 : Chaine de fabrication du ciment. ............................................................................... 8 Figure 4 : Extraction et Concassage de la matière première. ..................................................... 9 Figure 5 : Pré-homogénéisation de la matière première. ......................................................... 10 Figure 6 : Broyeur à galets. ...................................................................................................... 10 Figure 7 : Schéma broyage Cru. ............................................................................................... 11 Figure 8 : Les flux gaz / matière. ............................................................................................. 12 Figure 9 : Four rotatif. .............................................................................................................. 13 Figure 10 : Schéma descriptive de procède de clinkerisation. ................................................. 14 Figure 11 : Schéma descriptive du refroidissement du clinker. ............................................... 14 Figure 12 : Broyeur a boulets. .................................................................................................. 15 Figure 13 : Schéma descriptive de procède broyage ciment. ................................................... 16 Figure 14 : Ensachage et expédition. ....................................................................................... 16 Figure 15 : Graphe formation des phase=f(T). ......................................................................... 19 Figure 16 : Vue microscopique du clinker. .............................................................................. 19 Figure 17 : Instrument de la finesse. ........................................................................................ 23 Figure 18 : Dispositif XRF. ...................................................................................................... 24 Figure 19 : Appareil de mesure SSB. ....................................................................................... 25 Figure 20 : L’appareil de Vicat. ............................................................................................... 25 Figure 21 : Aiguilles de Le Châtelier. ...................................................................................... 26 Figure 22 : Schéma de la flexion. ............................................................................................. 27 Figure 23 : Schéma de la compression. .................................................................................... 27 Figure 24 : Machine de compression/fluxion. .......................................................................... 28 Figure 25 : Phénomène de la fluorescence. .............................................................................. 39 Figure 26 : Types des modèles. ................................................................................................ 42 Figure 27 : Modèle de précision de la méthode. ...................................................................... 43

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Liste des tableaux : Tableau 1 : Fiche technique du Ciment du Maroc. .................................................................... 2 Tableau 2 : Les constituants du clinker .................................................................................... 18 Tableau 3 : l’influence des composés du clinker sur la résistance de ciment. ......................... 20 Tableau 4 : Dosage de la chaux libre. ...................................................................................... 22 Tableau 5 : Consignes de l'atelier broyage cru. ........................................................................ 29 Tableau 6 : Consignes de la teneur chaux libre. ....................................................................... 30 Tableau 7 : Consignes de l'atelier broyage. .............................................................................. 30 Tableau 8 : Consignes des combustibles solides. ..................................................................... 31 Tableau 9 : Composition chimique du Clinker. ....................................................................... 32 Tableau 10 : Composition chimique du Calcaire. .................................................................... 32 Tableau 11 : Composition chimique du Gypse. ....................................................................... 33 Tableau 12 : Composition chimique des Cendres Volantes, .................................................... 33 Tableau 13 : Le cadrage de la problématique par l’outil QQOQCP. ....................................... 34 Tableau 14 : Analyse SWOT du projet. ................................................................................... 35 Tableau 15 : Composition des différentes qualité du ciment. .................................................. 36 Tableau 16 : Critères du choix de la méthode. ......................................................................... 38 Tableau 17 : Norme NM 10.1.005 répétabilité reproductibilité de la méthode XRF. ............. 40 Tableau 18 : Données d'échantillon analysé. ........................................................................... 41 Tableau 19 : Analyse complète de l'échantillon. ...................................................................... 41 Tableau 20 : Liste des valeurs de SiO2 par XRF avec pastille. ............................................... 43

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Liste des Abréviations : CPJ : Ciment portland avec ajouts (Ciment portland composé) ; CPA : Ciment portland artificielle ; A (Al2O3): Alumine ; C (CaO) : Chaux ; CaOL : Chaux libre ; S : Sulfate de calcium (CaSO4) ; C3A : Aluminate ; C4AF : Aluminoferrite ; C2S : Bélite ; C3S : Alite ; ITECA : Analyseur en ligne pour chaux libre ; F : Ferrite (Fe2O3) ; H : Eau (H2O) ; K : Oxyde de potassium (K2O) ; M : Magnésie (MgO) ; N : Oxyde de sodium(Na2O) S : Silice (SiO2) ; CV : Cendre volante ; CL : Clinker ; QCX : Raw Mix Quality control system ; HT : Haut titre ; BT : Bas titre ; XRF : X-ray fluorescence ; PAF : Perte au feu ;

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Dédicace : A mes chers parents qui m’ont toujours apportée amour, sacrifices, soutien, encouragement et réconfort. Rien au monde ne pourrait compenser tous les sacrifices qu’ils ont consentis pour mon éducation et ma réussite afin que je puisse atteindre et réaliser mes objectifs. Aucune dédicace ne saurait exprimée ma reconnaissance, mon grand attachement et mon profond amour. Que ce modeste travail soit pour eux le fruit de tous leurs efforts et leurs nobles sacrifices. A mes sœurs et mes frères, A tous les membres de ma famille sans exception. A tous mes amis, à qui je souhaite le succès.

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Remerciements : Les remerciements sont marque de politesse incontournable mais insuffisante pour témoigner ma gratitude envers ceux qui nous ont soutenus. Après nos louanges à Dieu, je présente mes sincères remerciements à mon parrain de stage Mr. MANAOUI TEMSAMANI Aiman, Responsable Q&E, d’avoir accepté, d’encadrer ce présent projet, et aussi pour la qualité de son encadrement, ses précieux conseils, ses encouragements, ses fructueuses orientations et son soutient tout au long du déroulement de ce stage qui m’a permis, grâce au sujet que j’ai développé, d’enrichir mes connaissances théoriques et pratiques. Mes remerciements les meilleurs s’adressent à Mr. BENALI Abdelkader mon encadrant à la faculté des sciences Rabat pour son encadrement, ses précieux conseils, son soutien, ses encouragements, ses fructueuses orientations et sa précieuse aide dans l’accomplissement de ce projet, et toute l’équipe pédagogique de la faculté des sciences Rabat. Ma profonde gratitude s’adresse également à toute l’équipe de service laboratoire contrôle qualité, pour leurs accueils, leurs aides, leurs conseils et leurs écoutes, en particulier Mr. HRIMECH Anouar, le chef de laboratoire ,Mr. ZAHRI Omar, Mr. ELOUAZNI Mohammed , Mr. NAKIRI Amine, Mr. , Mr. BOUSSELHAMI Hassan, Mr. HAMAMA Mehdi, Mr. HIHI Abdalilah, et Mme. GHZALA.

Mes vifs remerciements vont aussi à tout le personnel de Ciments du Maroc différents services qui se sont montrés coopératifs et serviables, pour leurs aides et les nombreuses informations précieuses. Je tiens aussi à remercier cordialement tout le corps professoral et administratif de notre faculté pour leur soutien tout au long de notre formation. Enfin, merci à tous ceux qui ont participé de près ou de loin à l’élaboration de ce projet. A tous… merci

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Introduction générale : Hier, comme aujourd’hui, le ciment est le produit qui a accompagné l’homme depuis la nuit des temps, besoin de s’abriter, du soleil comme de la pluie, l’homme a toujours voulu construire son logement, après les cavernes, les pierres et l’argile ont devenu des matériaux de construction par excellence. De nos jours la population est en perpétuelle expansion, ainsi les constructions en béton sont devenues de plus en plus envahissantes, mais sans ciment, plus d’aéroports, plus de ponts, plus de routes…plus rien ! Le ciment est le matériau le plus utilisé dans la vie quotidienne, cependant son emploi exige des contraintes de sécurité, de fiabilité et surtout de qualité. La production de ciment est de plus en plus complexe, parce qu'elle n'est plus seulement aujourd'hui du clinker, ce résultat de la cuisson à 1450°C d'un mélange composé de calcaires et d'argiles. La demande s'est affinée, les produits se sont diversifiés : les ciments doivent présenter des caractéristiques strictes, des teneurs spécifiques en chaux, en silice, en alumine, en oxyde de fer, en magnésie, etc. Afin d'améliorer la production, l’optimisation de l’exploitation des carrières à ciel ouvert, s’avère importante, notamment par l’augmentation du rendement du circuit de concassage, la chose qui permettra une alimentation plus efficace du circuit de cuisson et par suite, une amélioration de la production journalière en clinker. Ce rapport de stage traite l’ensemble des procédés de fabrication du ciment de manière générale, tout en mettant le point sur le circuit de l’usine de Safi, au sein de laquelle j’ai effectué mon stage. Le sujet proposé c’est étudier l’amélioration du plan pilotage laboratoire de l’atelier broyage ciment par l’étude d’un problématique de déterminer l’action corrective la plus efficace temps quand ’une anormalité intervient au niveau de ce procède, qui peut par suite après ça résolution donné une optimisation de temps d’arrête, ainsi que une bonne maitrise de procède broyage ciment.

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Chapitre I : Organisme d’accueil lors du stage HeidelbergCement groupe : Ciments du Maroc, filiale de HeidelbergCement Group, est le 2ème cimentier au Maroc et le premier opérateur dans le Béton Prêt à l’emploi et les granulats. Le dispositif industriel de Ciments du Maroc se constitue de 3 usines (Aït Baha, Safi et Marrakech) et 2 centres de broyage (Laâyoune et Jorf Lasfar), 5 carrières de granulats et de 30 centrales à béton implantées à travers les principales villes du pays. Ciments du Maroc compte à peu près de 800 employés répartis entre les activités ciment et matériaux. Depuis le 1er juillet 2016, Ciments du Maroc fait partie de HeidelbergCement Group. Suite à l'integration entre HeidelbergCement et Italcementi, le groupe devient, à l'échelle mondiale, le premier producteur de granulats, le second de l'industrie cimentière et le troisième du marché du béton prêt-à-l’emploi avec 60 000 collaborateurs travaillant dans plus de 3 000 sites de production à travers 60 pays sur les 5 continents. La capacité totale de production des 156 cimenteries est de près de 200 millions de tonnes de ciment. HeidelbergCement Group dispose de plus de 600 carrières de granulats et plus de 1 700 centrales à béton. Il devient ainsi l'un des plus grands fabricants integrés de matériaux de construction dans le monde.

1. Fiche technique du Ciment du Maroc : Ci-dessous la fiche technique du Ciment du Maroc qui contient quelques informations sur l’entreprise : Tableau 1 : Fiche technique du Ciment du Maroc.

Raison sociale

Ciments du Maroc

Directeur Général

Matteo ROZZANIGO

Date de constitution

28 juin 1951

Forme juridique

Société anonyme

Siège

621, boulevard Panoramique, 20 150 Casablanca Maroc

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Capital social

Fixé à la somme de 1 443 600 400 DH

Société mère

HeidelbergCement

Activité

Matériaux de construction

Produits

Ciments, bétons et dérivés 3 cimenteries, 3 centres de broyage, 23 centrales à béton

Nombre de sites

et 5 carrières

Nombre de collaborateurs

720

Site web

www.cimentsdumaroc.com

2. Historique 1951 : Création de la Société des Ciments d’Agadir (SCA), filiale à 100 % de la Société Ciments Français ; 1992 : Prise de contrôle par Italcementi de Ciments Français. CIMASFI et la société des Ciments d’Agadir (SCA) fusionnent sous le nom de Ciments du Maroc ; 2001 : Finalisation du processus de certification ISO 9002 pour l’ensemble des usines de Ciments du Maroc ; 2003 : Certification ISO 14001 pour l’ensemble des sites de Ciments du Maroc ; 2011 : Mise en service du premier parc éolien à Laâyoune, pour alimenter en énergie le centre de broyage de Laâyoune ; 2014 : Fusion-absorption de Bétomar par Ciments du Maroc. Mise en service du centre de broyage de Jorf Lasfar. Mise en service du centre de broyage de Jorf Lasfar ; 2016 : Intégration de Ciments du Maroc dans HeidelbergCement Group.

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3. Ciments du Maroc : 1) Site de Safi : Mise en service en 1992, cette usine a fait l’objet d’un important programme de rénovation en 2005 pour atteindre aujourd’hui une capacité de production d’un million de tonnes par an. Première cimenterie au Maroc certifiée ISO 9002 en 1998, puis ISO 14001 en 2003, elle est l’une des plus performantes sur le plan de la consommation énergétique. L’usine de Safi enregistre d’excellentes performances environnementales, permettant de valoriser des pneus déchiquetés, grignons d’olive et des cendres volantes. Elle s’est également équipée d’un système de chargement automatique de sacs au niveau de l’expédition.

2) Site de Marrakech : Mise en service en 1976, cette usine a été intégrée dans le dispositif Ciments du Maroc suite à l’acquisition de la société ASMAR en 1999. Certifiée ISO 9002 en 2001 et ISO 14001 en 2003, elle a connu plusieurs rénovations pour atteindre aujourd’hui une capacité de production de 1,4 million de tonnes de ciment. L’année 2012 a connu la mise en service du système de dépoussiérage avec des filtres à manches à haute efficacité en lieu et place des électrofiltres, ce qui permet à l’usine aujourd’hui d’atteindre des niveaux d’émissions largement inférieures aux seuils fixés par les standards locaux et européens. En 2014, l’usine s’est dotée d’une installation de valorisation de combustibles alternatifs, ainsi que d’un système de chargement automatique de sacs au niveau de l’ensacheuse.

3) Site d’Agadir (Ait Baha) : Mise en service en 2010, l’usine d’A t Baha est l’une des cimenteries les plus modernes dans le monde. Certifiée ISO 14001 en 2013, elle a bénéficié des technologies les plus avancées en matière de protection de l’environnement et d’économie d’énergie et d’eau. D’une capacité de production de 2,2 millions de tonnes de ciment, facilement extensible au double, ce site est destiné à couvrir les besoins en ciment de la région Souss-Massa et tout le Grand Sud Marocain.

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L’usine est composée d’une ligne de cuisson de 5 000 t/j (le plus gros four actuellement au Maroc) du constructeur danois FLS, de deux broyeurs à ciment verticaux du constructeur allemand Loeshe, d’un atelier d’ensachage et de chargement mécanisé de haute performance (8 000 t/j) et d’un atelier de palettisation. Les technologies déployées dans cette usine lui confèrent des performances énergétiques et environnementales des plus économiques. Il est à signaler que c’est une des rares usines au monde à être dotée d’une technologie de cogénération consistant en la production d’électricité à partir de la chaleur résiduelle des gaz de four traditionnellement rejetés dans l’atmosphère. L’usine d’A t Baha obtient en 2014 la certification du Système de Management Énergétique ISO 50001 2011 et devient ainsi la

première cimenterie au Maroc à détenir cette certification.

Figure 1 : Liste des usines de Ciments du Maroc

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4. Organisation de l’entreprise :

Figure 2 : Organigramme de l’usine de Safi.

5. Procédé de fabrication de ciment : 1) Introduction : Le ciment est une poudre minérale très fine qui durcit sous l’action de l’eau, de ce fait le ciment est appelé un liant hydraulique. Lorsqu’on ajoute la pâte (ciment, air et eau) aux granulats (sable, gravier, pierre..) elle agit comme une colle qui lie ensemble les granulats pour former une masse semblable à la pierre.

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2) Les constituants de ciment : a) Matières premières : Les matières premières sont le calcaire, avec un pourcentage élevé (vers les 80%), l’argile, La pyrrhotine et le schiste, ses deux derniers constituants sont utilisés avec des proportions faibles et même parfois ils ne sont pas ajoutés aux matières premières.

Le Calcaire : Le calcaire est une substance minérale dont la composition chimique est caractérisée par un taux élevé de carbonate de calcium, souvent d'origine organique (calcaires à foraminifères dont la craie, calcaires coquilliers), mais aussi d'origine chimique (calcite, calcaire oolithique, pisolithique, lithographique).

L’Argile : L’argile est une roche sédimentaire blanchâtre douce au toucher, elle est composée d’au moins 50% de silicates d’alumine.

La pyrrhotine : La pyrrhotite est une espèce minérale composée de sulfure de fer, l’usine de Safi utilise cette roche comme élément de correction de mélange cru. Ces matières premières sont utilisées pour la formation du clinker.

Le clinker : Le clinker est un constituant du ciment, qui résulte de la cuisson d'un mélange composé d'environ 75 % de calcaire et de 25 % d’argile : la « farine » ou le « cru ». Cette cuisson, la clinkerisation, se fait à une température d'environ 1450 °C.

b) Matières ajoutées : Calcaire : Dans la fabrication du ciment le calcaire est utilisé comme une matière première et encore une fois comme un additif.

Gypse : Le gypse est une espèce minérale composée de sulfate hydraté de calcium de formule CaSO4 · 2 H2O. Dans la nature, en formation sédimentaire, il peut être accompagné par des impuretés minérales comme l'argile et la silice.

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Cendres volantes : Les cendres volantes sont le résidu finement divisé résultant de la combustion de charbon pulvérisé et évacué de la chambre de combustion d’un four par les gaz qui s’en échappent.

Clinker dévié : Pendant la fabrication du clinker et temps quand un problème dans l’atelier cuisson, la qualité du clinker se dégrade par l’augmentation du pourcentage de chaux libre, qui dépasse 3%, Le clinker par suite se considère dévié. Le clinker dévié est utilisé comme élément d’ajout dans les qualités CPJ35 et CPJ45.

3) La chaine de fabrication du ciment :

Figure 3 : Chaine de fabrication du ciment.

a) Extraction et Concassage de la matière première : Du fait de la complexité géologique de la carrière, des mélanges de zones sont nécessaires pour l’obtention d’un cru dosé. L’exploitation se fait sur un étage et comporte 4 phases principales : o L’abattage à l’explosif par des mines profondes ; o Le transport des matériaux abattus vers le concasseur ; o Le concassage des matériaux ; 2021/2022

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o Le transport de la matière concassée vers l’usine par convoyeur à bandes.

Figure 4 : Extraction et Concassage de la matière première.

b) Pré-homogénéisation des matières premières : Chimiquement, les matières de carrière sont souvent variables et il s’avère nécessaire de les mélanger pour éviter les variations brusques qui ont un impact néfaste sur la cuisson. C’est en fait le rôle du pré homogénéisation : un tas se confectionne en superposant le calcaire et l’argile afin d’obtenir une répartition quasi-uniforme. L'extraction de la matière est faite par un gratteur (transporteur à godets), la matière est raclée par des herses au niveau de toute la surface d'attaque du tas. Ce raclage permet d'avoir un mélange homogène, appelé bas titre, de l'ensemble des cordons réalisés lors de la constitution du tas. La matière est envoyée par une convoyeur a bande vers le silos de stock de bas titre.

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Figure 5 : Pré-homogénéisation de la matière première.

c) Broyage et homogénéisation de la farine crue : L'opération du broyage est assurée par des galets qui sont actionnés par des vérins hydrauliques. Ils viennent écraser la matière sur une piste munie d'un mouvement de rotation moyennant un réducteur vertical. Le séchage et le transport de la matière broyée se fait à l'aide des gaz chauds provenant du four. La séparation des particules, suffisamment broyées, de celles nécessitant encore du broyage, se fait moyennant un séparateur placé au-dessus des galets. Ainsi, le cru provenant de la pré-homogénéisation est alors réduit en poudre (farine).

Figure 6 : Broyeur à galets.

L’alimentation du broyeur se fait par quatre silos de dosage : ➢ Doseur du bas titre: alimente le broyeur par la matière qui arrive du parc de la préhomogénéisation; ➢ Doseur de calcaire (haut titre): permet la correction de la matière provenant du parc de la pré-homogénéisation quand son titre en CaCO3 est faible; ➢ Doseur d’argile: permettant la correction de la matière provenant du parc de préhomogénéisation quand son titre en silice est faible; ➢ Doseur de pyrrhotine: permettant la correction de la matière provenant du parc de préhomogénéisation quand son titre en fer est faible. 2021/2022

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Et aussi l’usine de Safi est équipée par un système de quantification en ligne QCX pour assurer une bonne composition pour la formation de clinker.

Figure 7 : Schéma broyage Cru.

d) 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 filtres à manches ou d'électro-filtres pour une meilleure protection de l'environnement.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. 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.

e) Production di clinker (ligne de Cuisson) : La cuisson est l’opération fondamentale de la préparation du ciment, elle recouvre toutes les étapes de transformation chimique de la farine crue, jusqu’à la formation du clinker. L’atelier de cuisson est constitué de trois éléments principaux :  Tour de préchauffage (5 tours à cyclones);  Un four rotatif ;  Un refroidisseur ;

Tour de préchauffage : Une tour de préchauffage permet de préchauffer la matière avant son introduction dans le four par un échange thermique entre la matière froide, injectée à son sommet et descendant 2021/2022

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vers le four par une cascade de cyclones, et les gaz chauds traversant le four et tirés par un ventilateur vers le haut de la tour. Les cyclones réalisent la séparation gaz-matière à chaque étage du préchauffeur. L’opération commence par l’évaporation de l’eau que le mélange cru contient et se poursuit par la décarbonatation, Le préchauffage se fait dans une série de cyclones, disposés verticalement sur plusieurs étages, appelée " Préchauffeur". La matière froide, introduite dans la partie supérieure, se réchauffe au contact des gaz. D’étage en étage, elle arrive partiellement décarbonatée, jusqu’à l’étage inférieur, à la température d’environ 900°C.

Figure 8 : Les flux gaz / matière.

Le préchauffage comporte deux étapes de la cuisson : - Évaporation de l’eau : aussi dite déshydratation (c’est-à-dire le départ de l’eau libre et l’eau combinée) et se fait entre 100°C et 200°C. - La décarbonatation : Le cru étant séché, il s’échauffe sans grande réaction chimique jusqu’à une température de l’ordre entre 750 - 975 °C où intervient la décarbonatation de la phase calcaire :

CaCO3  CaO + CO2 De cette réaction endothermique résulte la formation de CaO naissante indispensable pour la formation des différentes phases du clinker, accompagnée d’un important dégagement gazeux de CO2.

Le four rotatif : Le four rotatif est une cylindre de 62m de longueur, reposant sur des stations de roulement, il est garni intérieurement par des produits réfractaires, et présente une inclinaison de 3% dans le sens de l’écoulement de la matière, dans laquelle on injecte le combustible sous pression pour produire une flamme.

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Il permet un échange de chaleur à contre-courant entre la farine et la chaleur cédée par la flamme et les gaz récupérés du préchauffage pour le séchage du cru broyé. Le four est constitué par une virole en acier animé d’une vitesse de rotation variable pouvant atteindre 3,7 tr/mn. Pour protéger la virole du four et les éléments rapportés et pour éviter des pertes de chaleur excessives, le four rotatif est garni d’un revêtement réfractaire spécial. Cette inclinaison combinée avec la rotation font que la matière puisse progresser par gravité vers le brûleur, ce bruleur dégage une flamme qui s’établit à la sortie de la tuyère lieu ou le combustible (Fuel, coke de pétrole et Les grignons d’olive) et le comburant (O2 de l’air) et qui peuvent atteindre 1450° C. La matière sortant du four est le clinker.

Figure 9 : Four rotatif.

La virole se compose de plusieurs tronçons de différentes tailles, ces tronçons sont assemblés par soudage et sont revêtues par des briques réfractaires d’épaisseur 16 cm, afin la réaction qui se produit dans le four est la clinkérisation. Elle a lieu entre 1200 et 1500°C et elle donne naissance à une phase liquide formée de C3A et C4AF, et à des phases solides formée de C2S et C3S.

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Figure 10 : Schéma descriptive de procède de clinkerisation.

Refroidisseur : Le refroidissement du clinker se fait à l’aide de huit ventilateurs latéraux possède plusieurs grilles équipé d’un concasseur à marteaux. Le refroidisseur a un triple rôle :  Refroidir le clinker qui sort du four  Récupérer le maximum de chaleur contenu dans le clinker  Assurer la trempe de clinker par un refroidissement énergétique et rapide. Le refroidisseur fonctionne selon le principe du courant transversal, c’est-à-dire que la matière traverse horizontalement le refroidisseur tandis que l’air est soufflé verticalement.

Figure 11 : Schéma descriptive du refroidissement du clinker.

Le refroidisseur à grille répartie en 2 zones :

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- Zone de refroidissement : assure le refroidissement optimale du clinker et aussi réduire l’impact de chaleur sur les processus suivant (transport de clinker, séchage, broyage de ciment). - Zone de récupération : Permet la récupération des calories pour minimiser la consommation thermique et obtenir la température d’air de combustion, qui doivent recyclées au four grâce aux petites chambres de soufflages.

f) Broyage du ciment : Après refroidissement, les granulats de clinker sont stockés, ensuite broyés avec addition de gypse et d’autres constituants secondaires (Cendre volante, Calcaire). Cette addition a pour but de régulariser la prise du ciment, notamment de ceux qui contiennent des proportions importantes d’Aluminate tricalcique et aussi de conférer au ciment des propriétés correspondant à spécifiques différentes qualités des ciments cités auparavant (CPJ35, CPJ45, CPA55 et CPA65R).

Figure 12 : Broyeur a boulets.

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La variation des dosages de ces divers produits et la finesse du broyage qui permet de définir les différents types de ciment.

Figure 13 : Schéma descriptive de procède broyage ciment.

g) Ensachage et expédition : À la sortie du broyeur, le ciment est transporté vers les silos de stockage : Il est stocké dans quatre silos un pour CPJ 35, un pour CPJ 45, un pour CPA 55 (5000 Tonnes), et un pour CPA 65 R (2500 Tonnes). La livraison du ciment s’effectue en sacs ou en vrac (sacs pour CPJ35, CPJ 45 et CPJ55 ; vrac pour CPJ55 et CPA65R).

Figure 14 : Ensachage et expédition.

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Chapitre II : Etude bibliographique 1. Histoire de ciment : Le ciment est un matériau très ancien et possède une longue histoire. Les débuts remontent aux Egyptiens qui avaient utilisé la chaux grasse, obtenue par cuisson de roches de calcaire à une température avoisinant les 1000 °C, suivie d’une extinction du produit obtenu (la chaux vive), avec de l’eau, pour obtenir l’hydroxyde de chaux. Son durcissement se faisait par carbonatation à l’air suivant les réactions : CaO + H2O → Ca(OH) 2 On obtient la chaux dite « éteinte » (elle ne réagit plus avec l'eau). La chaux est un enduit de choix, car, par carbonatation à l'air libre (grâce au CO2 atmosphérique) : Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O D’où son appellation de chaux aérienne. Cependant ce sont les Romains qui ont fait véritablement du ciment en y ajoutant une matière volcanique, la pouzzolane, cendre volcanique qu’ils trouvaient au pied de Vésuve. Ils ont ainsi mis au point un matériau qui, à température normale est mélangé avec de l’eau, durcissait par hydratation et devenait, après sa prise, insoluble dans l’eau. C’est ce matériau qui est le premier liant hydraulique, c’était l’ancêtre du ciment.

2. Constituants minéralogiques formation du clinker :

et

mécanisme

de

Le clinker est un produit artificiel obtenu par la cuisson de la farine crue (Calcaire ; Argile; Sable ; Fer) dans un four rotatif.  La production du clinker se fait en quatre étapes :  Le séchage et le préchauffage de la farine crue.  La décarbonatation partielle de la farine crue.  La clinkérisation.  Le refroidissement du clinker.

Ainsi les phases majeures du clinker sont notées: 

C4AF pour Ca4Al2Fe2O10 (Alumino-ferrite).



C3A pour Ca3Al2O6 (Aluminate).

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

C2S pour Ca2SiO4 (Bélite).



C3S pour Ca3SiO5 (Alite).

Les réactions de clinkérisation : 4CaO + Al2O3 + Fe2O3

Ca4Al2Fe2O10 (C4AF)

3CaO +

Al2O3

Ca3Al2O6 (C3A)

2CaO +

SiO2

Ca2SiO4 (C2S)

3CaO +

SiO2

Ca3SiO5 (C3S)

Tableau 2 : Les constituants du clinker

Et chaque réaction de formation de ses phases se fait dans des températures bien déterminées.

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Figure 15 : Graphe formation des phase=f(T).

Figure 16 : Vue microscopique du clinker.

1) Influence de la composition minéralogique du clinker sur les propriétés du ciment : C3S et C2S : a un effet sur la résistance initiale et finale et sur la durabilité.

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C3A : effet sur le besoin d’eau et sur le temps de prise et sur la résistance initiale et finale et sur la durabilité. C4AF : effet sur la résistance initiale et finale. Tableau 3 : l’influence des composés du clinker sur la résistance de ciment.

Chapitre III : Description de service : 1. Service contrôle qualité du ciment : Ciments du Maroc, Usine de Safi est dotée d’un laboratoire équipé de tous les équipements nécessaires à la réalisation des contrôles depuis la réception des matières premières jusqu’aux expéditions du produit fini et ce conformément aux normes en vigueur et aux besoins de la clientèle. Le personnel de laboratoire ayant en charge le contrôle de la qualité est compétent et suit des formations continues en matière de contrôle de qualité et selon un planning de formation préétabli. Le service contrôle qualité a pour but d’avoir un produit fini qui est le ciment avec une bonne qualité, c’est pour cela qu’un groupe surveille 24h/24h et 7 jours/7jours afin d’obtenir un ciment dans les normes marocaines. Le laboratoire assure le contrôle de la matière depuis la carrière jusqu’à l’expédition, et intervient si nécessaire à chaque étape de fabrication. 2021/2022

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Le laboratoire de la cimenterie de Safi effectue des contrôles : 

Un contrôle des matières premières chaque semaine



Un contrôle de sortie broyeur cru une fois par poste.



Un contrôle de la farine chaude une fois par poste.



Un contrôle de clinker chaque 5 minutes par l’analyseur en ligne ITECA, et l’analyse complète une fois par poste.



Un contrôle de ciment chaque heure (fabrication et expédition)…

Ce laboratoire est divisé en plusieurs salles, une salle pour la réception et la préparation des échantillons, une salle des essais physiques et mécaniques, une salle des essais chimiques, et une salle de l’analyse par XRF.

1) Section 1 : Essais chimiques et physiques : a) Perte au feu (PAF) : Ce test est à pour but la détermination des espèces volatiles (CO2et H2O) et le suivi thermique de la matière dans le procédé, elle est réalisée dans un four à T=950°C pour une durée de calcination minimale de 15 min. Le domaine d’application de ce test est pour : Matière première ; o Cru ; o Clinker ; o Ciment ;

Mode opératoire : - Peser le creuset avant introduire l'échantillon et le taré. - Peser dans le creuset 1g d'échantillon. - Placer le creuset dans le four dont la Température est stabilisée à 950 C° ou 500 C°. - Après 15 min de calcination, retirer le creuset. - Laisser le creuset à refroidir et peser à nouveau le creuset. Matériels : Four ; Creuset ; Spatule ; Balance électron de précision. Cette analyse est réalisée dans un four à des températures spécifique dépend de la nature d’échantillon.

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Soient : mt : Tare du creuset mi : Prise d’essai mF : Poids du creuset + prise d’essai après calcination.

b) Dosage de la chaux libre : Tableau 4 : Dosage de la chaux libre.

Espèce

Objectif

Principe

Mode opératoire

d’application

chimique Dosage

Domaine

de

chaux libre

la Détermination

Clinker ;

Méthode

: Analyse

de la chaux non Ciment

dosage

par automatique par

combinée

conductimétrie.

le robot ITECA.

Extraction de la chaux libre par le

glycol

éthylénique

et

dosage

la

de

conductimétrie. Matériels : Balance de précision ; Ethylène glycol ; Analyseur chaux libre par conductimétrie ITECA. On détermine également la teneur du clinker en chaux libre par deux méthodes, dosage par Acidimétrie par HCl et dosage par conductimétrie dans le robot ITECA. L’expression de résultat de titrage acidimétrique par HCl :

%CaO (libre) = VHCl (ml) x 0,28. c) La finesse : A pour but la détermination de la granulométrie des échantillons par différence de pression afin d’assurer le suivi du fonctionnement du broyeur et du séparateur. Ainsi, on pourra minimiser le cout de l’énergie du broyage. Cet essai se fait pour la farine crue, le clinker surbroyé et le ciment.

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Mode opératoire : On a pesé 10 g de l’échantillon fabrication à l’aide d’une balance analytique puis on l’a mis dans un tamiseur de 40 µm après 6 min on pèse sa masse. On met le reste dans un tamiseur de 80µm et on reproduit la même chose. Le calcul du taux de refus dans les deux tamis est donné par la relation suivante :

Taux de refus % = m2*100/m1 Avec : m1 : poids avant tamisage.

m2 : poids après tamisage.

Figure 17 : Instrument de la finesse.

d) Analyse par fluorescence RX : Cette analyse a pour but détermination des constituants de l’échantillon analysé afin d’assurer la rectification des consignes du doseur ainsi que la conformité du produit durant tout le procédé, en faisant passant l’échantillon sous la spectroscopie fluorescence X (XRF). On détermine les éléments suivants par fluorescence des RX : - Les pourcentages des éléments du ciment qui sont : o Elément majeurs : la silice SiO2, la chaux CaO, l’oxyde de fer Fe2O3, l’alumine Al2O3, o Elément mineurs : la magnésie MgO, les sulfates SO3, les alcalis : Na2O, K2O et Cl− … Cet appareil effectuée l’analyse chimique par la diffraction des rayons X suivant les informations programmées dans l’unité de pilotage et selon la nature de la matière de l’échantillon à analyser. Pour faire les analyses par les RX on utilise soit les perles pour les cuits, soit les pastilles pour les non cuits.

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Figure 18 : Dispositif XRF.

e) Le taux d’humidité : La mesure de taux d’humidité est pour le but déterminer le pourcentage d’eau contenue dans la matière en pesant la quantité de matière avant et après séchage dans l’appareil d’humidité. Ainsi que pour le combustible le taux d’humidité ne doit pas dépassé 30%. Le calcul du taux d’humidité est réalisé par la relation suivante :

Taux d’humidité % = (m1-m2)*100/m1 2) Section 2 : Essais physiques et mécaniques : a) La surface spécifique BLAINE : Le but de ce test c’est la détermination de la qualité de broyage du ciment. 

Si la SSB>4000 : le broyage est bien fait, donc on aura une bonne finesse.



Si SSB