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Introduction

Dans le cadre de ma deuxième année en chimie de procédé à l’école nationale

d’ingénieur de gabés, j’ai effectué un stage durant le mois de 01\07\2011 jusqu’au

30/07/2011.

J’ai eu l’occasion d’effectuer ce stage à la société de ciment de Gabès en visitant les

services de fabrication.

Au cours de stage, j’ai profité d’avoir une idée générale sur le procédé de fabrication

de ciment et de réaliser un bilan massique pour l’atelier ciment.

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PARTIE I :

Présentation générale de l’usine

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I. La Société des Ciments de Gabès

L’usine de la « SCG » a été crée par la société EL BOUNIANE en 1973 mais n’a commencé sa production qu’en 1977.

C’est la société française CREUSOT-LOIR Entreprise qui, après une étude

approfondie des voies de communication et des ressources locales en matières premières

et énergie, a choisi le lieu dit « SIDI SALAH » pour implanter l’usine. A environ 10

kilomètres de la ville de Gabès ce site, proche du gisement, permet une évacuation très

facile de la production soit par la route, soit par convoi ferroviaire ou encore par mer à

partir du port de Gabés.

En janvier 2000, la « SCG » a été rachetée par le groupe « SECIL », l’un des grands

cimentiers au Portugal. Constamment modernisée, elle est aujourd’hui à la pointe des

technologies cimentières, d’ailleurs, elle a obtenu en 2003 la certification ISO 9001 –

version 2000, ce qui a augmenté la confiance accordée par ses clients. La mise en place

d’un système environnemental est en cours et la certification selon le référentiel ISO

14000 est prévue au courant de cette année 2008.

En 2007 la capacité annuelle de production était de 1,2 millions de tonnes de ciments.

Le chiffre d’affaire de la « SCG » était de 59,6 Milliard de Dinard grâce à plus de 300

clients (bétonniers, près-fabricants, entreprises BTP, Revendeurs de matériaux de

construction).

Aujourd’hui, la S.C.G est une société anonyme au capital de 17.000.000 Dinars

repartis en 44000 actions de 250 Dinars chacune. Elle a une participation décisive dans

l’économie nationale, dans la mesure où sa production représente 18,5% de la production

nationale de ciment. La société a, depuis sa création, alimenté les régions limitrophes à sa

zone de commercialisation ce qui a amélioré les rapports commerciaux tunisiens. La

société emploie 370 employés et de nombreux sous-traitants qui ont assuré en 2008 une

production de 1020 420 tonnes de clinker, base de tous les ciments.

II. Le ciment1. Définition 

Un liant hydraulique est une poudre minérale qui forme avec l’eau une pâte

faisant prise et durcissant progressivement même à l’abri de l’air notamment sous l’eau.

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Le ciment est un liant hydraulique, formé de constituants anhydres, cristallisés ou

vitreux renfermant essentiellement de la silice, de l’alumine et de la chaux et dont le

durcissement est principalement due à la formation par combinaison de ces constituants

anhydres avec l’eau, de silicates et d’alumines de calcium hydratés très peu solubles dans

l’eau.

2. Historique 

Dès l’antiquité, Les romains ont constaté qu’un mélange de chaux avec des cendres

volantes de Pouzzoles était capable, une fois hydraté, de former un produit résistant et

durable. Ce ciment dit pouzzolanique a servi à la construction d’ouvrages qui, 2000ans

après, sont très bien conservés.

Cependant, le ciment artificiel, tel qu’il est utilisé actuellement, a été défini par LOUIS

VICAT en 1818, il est issu de la cuisson d’un mélange de 20 % d’argile et de 80 % de

calcaire. Il a pris en 1824 le non de Ciment Portland Artificiel « CPA » après que JOHN

APSDIN a constaté la ressemblance de cette substance aux roches calcaire de l’île

PORTLAND « Ile britannique ».

Les ciments ont un rôle essentiel dans le comportement des ouvrages en béton en

assurant une fonction mécanique considérable par le lien entre les squelettes granulaires

et les armatures, de ce fait le ciment occupe de plus en plus une importance dans

l’économie mondial et il se classe parmi les indicateurs de force de ces économies surtout

par son système capitaliste, car l’installation d’une cimenterie nécessite des grands

investissements et la durée de retour financière d’une installation est généralement entre

10 et 20 ans.

3. Composition du ciment 

Le ciment, matériau se présentant sous forme de poudre cristalline très fine, est un

liant hydraulique. Il est formé de constituants anhydres, cristallisés ou vitreux renfermant

de la chaux, de la silice et de l’alumine et dont le durcissement dépend de la réaction

chimique de ces composés avec l’eau.

Les principaux constituants sont :

a) Clinker  

C’est la matière crue qui a subi une transformation dans le four, les principaux

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composants du clinker sont :

La silice tricalcique (3CaO, SiO2 noté C3S) 

La silice bicalcique (2CaO, SiO2 noté C2S)

L’aluminate tricalcique (2CaO, AL2O3 noté C3A)

Le ferro-aluminate Tetra-calcique : sa forme varie selon le mode de

refroidissement, il ne participe pas aux résistances.

Chaux libre : CaO

Magnésie MgO

Les abréviations suivantes sont utilisées dans la chimie des ciments : CaO : C, MgO: M,

SiO2: S, Al2 O3: A, Fe2 O3: F….

b) Le calcaire 

Le calcaire est une matière qui renferme une grande quantité de CaCO3 avec des traces

d’impuretés tels que : SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O…

La composition chimique du ciment est la suivante :

o Chaux CaO   : 60 – 705(%)

o Silice SiO2  : 17 - 20(%)

o Alumine Al2O3  : 3 - 8(%)

o Oxyde de Fer Fe2O3   : 1 - 6(%)

o Magnésium MgO : 0.1 - 4(%)

Il est ajouté au clinker pour corriger la composition. Il contient des traces d’impuretés tels

que(SiO2 ; AL2O3 ; Fe2O3 ; Na2O ;…).

c) Le gypse

C’est une matière qui contient principalement le CaSO4.2H2O elle est incorporé aux

ciments en faible quantité pour la régulation de la prise.

d) Les compositions mineures du ciment : 

Les oxydes mineurs les plus importants dans le ciment sont :

La magnésie (MgO) provient de la dolomite qui est souvent présente

avec le calcaire.

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Les oxydes alcalins K2O et Na2O proviennent en général de l’argile et

des feldspaths.

L’anhydride sulfurique (SO3) dans le clinker provient de la matière telle

que pyrite (FeS2), mais aussi du calcaire ou de l’argile et surtout des

combustibles utilisés comme le charbon, le fuel ou le gaz naturel.

Tableau : Composition des ciments produits par la SCG

% CLINKER % CALCAIRE % GYPSE

CEM I 32.5N 90,0 5 5

CEM I 42.5R 90,0 5 5

CEM II/AL 32.5N 74,0 20 5

CEM I 42.5N HRS1 90,5 4,5 5

CHAUX 40 58 2

CEM II/ B 32,5 N 63 32 5

A fin de déterminer la composition, il faut évaluer la qualité finale par le calcul des modules

qui sont des formules qui se basent sur l’expérience, ces modules sont les suivants :

Module de saturation de Kühl   :

Module silicique (MS ou SR)   :

Module alumino-ferreux (AF ou AR)   :

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Il faut que : 1,7 < LSF < 2,2

1,2 < MS < 4

1 < AF < 4

Enfin il existe un dernier module, le module calcique, aussi appelé Facteur de Saturation en

Chaux :

90 < < 98, si MgO < 2

C’est grâce à ces modules que les consignes pour les mélanges sont établies à la SCG.

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PARTIE II :

Procédés de fabrication de ciment

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A. Introduction :

La fabrication du Ciment Portland est réalisée à travers trois étapes principales qui sont :

Préparation 

Clinkérisation 

Broyage

Figure 1 : Schéma de principe de l’usine de production de ciment

Ces trois étapes se diffèrent selon le procédé utilisé :

Procédé par voie humide : Les matières premières

souvent très humides sont broyées dans l'eau pour former une pâte

pouvant être pompée. Elle est ensuite introduite directement dans le four

ou peut passer auparavant dans un sécheur.

Procédé par voie semi-humide : en partant de la voie

humide.

procède par voie semi-sèche : Ce procédé est le plus

économe en énergie mais il nécessite la mise en œuvre de moyens

importants de captation des poussières.

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procède par voie sèche : elle est la méthode utilisée

actuellement. Les matières premières broyées et séchées forment le cru

ou farine qui a l'aspect d'une poudre fluide. Le cru est ensuite

introduit dans le préchauffeur ou le précalcinateur du four ou plus

rarement, dans un four tubulaire long en voie sèche. Mais cette voie

nécessite la mise en œuvre de moyens importants de captation des

poussières.

B. Etapes de production de ciment :

Circuit de fabrication de ciment :

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I. Préparation du cru1. Carrière 

Les matières premières nécessaires à la fabrication du ciment sont le calcaire, le calcaire

marneux, l’argile, le fer et les déchets de briques .les trois premiers sont extraits des parois

rocheuses d’une carrière à ciel ouvert par abattage à l’explosif.

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Figure 2: Carrière de la matière première

2. Concassage 

Le concassage a pour but de ramener la matière provenant de la carrière à des

dimensions admissible à l’entrée du broyeur. Il est assuré par un concasseur à battoire et à

marteaux,alimenté par deux trémies et deux tapis tracteurs à vitesse variable ; le premier

transporte le calcaire marneux et l’autre transporte l’argile (et déchets de brique).

La granulométrie est réduite de 0-1000 mm à 0-30mm maximum avec un débit de

700 t/h pour une humidité max de 10 %.

Figure 3: le concasseur

3. Echantillonnage 

Cette station est située être la sortie de l’atelier de concassage et l’entrée de celui de

pré homogénéisation. Elle a pour but de contrôler l’homogénéité et la composition du

mélange cru concasser et conduit à une éventuelle correction.

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4. Stockage et pré homogénéisation 

Dans le hall de pré homogénéisation sont stockées 3 tas :

- Un ta de calcaire de correction.

- Deux tas de mélange pré homogénéisé : un en formation et l’autre en repris.

La formation est assurée par un stoker (un engin qui permet l’empilement de la

matière) en mouvement de translation permettant une répartition de la matière par

couche. Ensuite le mélange est repris par une roue-pelle de façon verticale et latérale sur

des bondes transporteuses.

5. Broyage du cru 

Cet atelier est conçu pour doser, sécher et broyer la matière première pour obtenir un

farine admissible à l’entrée four :

Il est constitué par deux circuits matière et circuit gaz qui seront envisagés séparément.

Figure 4 : broyeur

a. Circuit matière  :

La réalisation du cru définitif s’effectue à partir du mélange constitué à la pré-

homogénéisation par l’ajout de deux produits :

- calcaire de correction qui permet de corriger le titre de CACO3.

- Le fer qui assure le contrôle des modules silicique et alumino-

ferriques.

b. Circuit gaz  :

Le gaz combustible à l’entrée four arrive jusqu'a l’atelier cru pour sécher la matière

à l’entrée du broyeur ainsi qu’au séparateur dynamique.

6. L’homogénéisation

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Le but de cette étape est d’alimenter la matière en mélangeant les couches superposées

lors du remplissage par l’intermédiaire d’un distributeur rotatif temporisé pour assurer un

mélange plus homogène.

7. Le Préchauffage

Le pré chauffeur est composé de quatre étages de cyclones. C’est un système

destiné à préchauffer la farine avant d’entrer dans le four, en récupérant la chaleur

contenue dans les gaz sortant du four à travers un tour échangeur à 1000 °C. La farine subit

une décarbonatation partielle au niveau des cyclones qui sont montées en série puis elle

entre dans le four.

Le circuit piège a été conçu pour éviter l’accumulation des éléments volatils (Cl -,

SO3…). Une partie des gaz de combustion est soutiré au niveau de la boite à fumée, pour

garantir une marche sans problème aux alcalis.

II. Ligne de cuisson1. Définition

La cuisson, au cours de laquelle s’élabore la clinkérisation constitue l’opération

fondamentale de la préparation du ciment.

Cette opération s’effectue dans un four rotatif dont la capacité nominale est de 1000

t/j.Au cours de la cuisson les opérations sont :

- évaporateur de l’eau libre à une température au voisinage de 110°C.

- décarbonatation.

- calcination.

- clinkérisation.

- refroidissement.

2. Tour échangeur

Le four est précédé d’un réchauffeur qui est un système destiné à chauffer la farine

avant son entrée dans le four, en récupération la chaleur contenue dans le gaz sortant du

four.

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Ainsi les gaz sortent du pré chauffeur à 300°C environ et la farine entre dans le four

à 800 °C, cet échangeur est constitue de quatre cyclones montées en série.

Par le tirage d’un ventilateur puissant, les gaz chauds formés dans la partie rotative

tourbillonnent dans les cyclones 1 des entrées tangentielles aux sorties axiales.

La farine dispersée dans la gaine des gaz sortant du cyclone 2 est transportée, par les

gaz, vers le cyclone 1, elle ne peut pas suivre le trajet des gaz donc elle retombe dans la

gaine des gaz qui conduit au cyclone 2 ainsi la farine descend d’étage en étage par un

étage un trajet dont la langueur et la durée garantissent l’efficacité des échanges

thermiques pour pénétrer enfin dans la boute à fumée le four dans un état de

décarbonatation partielle.

Elle s’achemine ensuite vers la zone de décarbonatation complète, la calcination

puis la clinkérisation sous l’effet de la rotation du four et l’inclinaison de 3 %.

L’échange de chaleur s’effectue grâce aux mouvements tourbillonnaires présents à

l’intérieur des cyclones.

Figure 5: Cuisson de

la matière

première

3. Piège

alcalis

La matière provenant de la carrière contient des sels alcalins en proportions variées

(CL, Na2O, K2O, SO3) … qui sont volatiles et peuvent perturber la marche du four et du

préchauffeur.

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A haute température ces éléments se décomposent et se volatilisent dans la zone de

cuisson pour se condenser dans l’étage inférieur du tour échangeur. Ces condensas

descendent avec la farine dans le four ou une partie se volatilise et retourne avec les gaz

créant ainsi un circuit fermé dont la concentration en sels alcalins augmentes et atteint des

teneurs fonction de la composition du cru et de la température du cuisson.

Quand ces concentrations dépassent une certaine valeur, ils modifient la circulation

et la fluidisation de la matière. Il résulte donc des étranglements au niveau de l’entrée du

four et du cyclone 4.

4. Le four 

Le four est un tube de 62 m de longueur, légèrement incliné, il est tourné d’une

couche de brique réfracture isolante. Le four est animé d’un mouvement de rotation (2.5

tour/minutes) qui assure le brassage de la matière aux échanges de chaleur avec le gaz. La

matière qui entre dans le four sous forme de farine, subit dans un premier lieu une

décarbonations puis une clinkérisation. Avant de sortir du four le clinker se refroidit, il

passe de 1450 °C à 1000 °C.

Figure 7 : Four rotatif

5. Refroidisseur du clinker 

Le refroidissement du clinker démarre déjà à l’intérieur du four dans la zone la plus

chaude sous la flamme et se prolonge jusqu’à la sortie du four. Si la flamme est longue,

cette phase de processus de refroidissement est très lente de plus les alites et les bélites

peuvent croître jusqu’à atteindre une dimension anormale dans certain cas. Ils peuvent

aussi arriver que l’alite se décompose en bélite et CaO libre.

Le clinker métallique sortant de refroidisseur sera transporté, à l’aide des

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transporteuses soit vers l’élévateur pour charger les silos, soit vers un by-pass pour stoker

la matière sous forme de tas.

III. Broyage de clinker:

Dans l’atelier de broyage du clinker, on retrouve la plupart des matériels décrits à

l’atelier de broyage des matières crus.

Seule la fonction de séchage n’existe pas. Le circuit gaz est plus faible ; il comprend

uniquement un aspirateur d’air à travers le broyeur pour transporter le ciment vers trois

destinations (filtre, séparateur et broyeur) et pour refroidir le ciment avant leur stockage

en cas d’élévation de température du ciment.

On ajoute au clinker le gypse et le calcaire pour former le ciment. Chaque ligne

possède une trémie de calcaire, une trémie de clinker et une autre pour le gypse

commune pour les deux lignes.

Figure 8 : Broyeur du ciment

IV. Stockage et expédition

Le ciment est enfin stocké en silos, il est ensuite vendu en sac.

Dans le premier cas, le chargement est réalisé par coulée directe dans les citernes (vrac).

Dans le deuxième cas, les sacs sortant des ensachements sont empilés dans les camions

ou les wagons à l’aide des chargeurs à bande.

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SUJET :

Bilan massique sur le

ciment (Ligne 2)

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I. Objectif du sujet :

Le but de cette étude est de déterminer les différents débits massiques en se basant sur

la méthode de granulométrie laser qui permet d’étudier la finesse du ciment. En plus

déterminer la charge circulante au niveau du séparateur dynamique.

Remarque   :

La charge circulant est le rapport de la quantité de rejet de séparateur à la quantité de

produit fini. Elle reflète l’état de fonctionnement du séparateur dynamique.

II. Bilan massique atelier ciment (ligne2) :

Schéma de la ligne 2  :

E : débit massique à l’entrée

SB : débit massique à la sortie du broyeur

ASD : débit massique à l’entrée du séparateur dynamique

FS : débit massique à l’entrée de filtre

F : débit massique à la sortie de l’ancien filtre 

R : débit rejet séparateur

PI : débit poussière injectée (provient de la trémie piège)

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PF : débit massique du produit fini

EAF : sortie séparateur statique

Données fournies par la salle de contrôle  :

Paramètre de marche valeur

Débit broyeur (t/h) 95

Ecoute (%) 75

Puissance (KW) 26,1

Vitesse séparateur (tr/mn) 470

Position ventile 606A (%) 90

Débit poussière injectée (t/h) 0

Type ciment I 32,5N

L’analyse des échantillons par tamisage a donné 

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40µ 63µ 90µ 160µ ∑ Refus

Rejet séparateur 82.46 74.08 64.90 42.24 263.68

alimentation séparateur 38.74 25.83 20.50 13.70 98.77

Fin séparateur 30.56 16.50 10.40 6.93 64.39

Filtre 2.34 1.80 1.24 0.83 6.21

Produit fini 30.56 16.50 6.50 4.33 57.89

Sortie broyeur 48.13 32.14 25.40 16.93 122.60

Charge circulante 1.19 1.19 1.23 1.24 1.21

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Bilan massique sur le ciment  :

Bilan global :

PF=E+PI

Bilans massiques au point B :

PF=F+FS

XPF*PF=XF*F+XFS*FS

FS =PF*(XPF-XF)/ (XFS-XF)

F=PF-FS

Bilans massiques sur le séparateur dynamique :

ASD=R+FS

XSD*ASD=XR*R+XFS*FS

Bilan massique sur filtre:

EF+PI=F

EF=F-PI

ASD=FS*(XFS-XR)/(XSD-XR)

R=ASD-FS

EAF=PI +F

Charge circulante:

CC=(∑rejet-∑fin séparateur)/(∑rejet-∑alimentation séparateur)

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Application numérique :

Calcul numérique : Calcul des débits pour ∑ Refus :

PF=95 t/h

FS=95*(57,89-6,21)/(64,39-6,21)

FS=84,38 t/h

F=95-84,38

F=10,62 t/h

ASD=84,38*(64,39-263,68)/(98,77-263,68)

ASD= 101,97 t/h

EF=10,62-0

EF=10,62 t/h

R=ASD-FS

R=101,97-84,38

R= 17,59 t/h

SB=95+17,59

SB= 112,95 t/h

EAF=0+10,62

EAF=10,62 t /h

CC= (263,68-64,39)/ (263,68-98,77)

CC =1,208

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Tableau de résultats   :

Interprétation   :

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Débit filtre (t/h) 10,62

Sortie séparateur statique (t/h) 10,62

Débit fin séparateur (t/h) 84,38

Débit alimentation séparateurs dynamique (t/h) 101,97

Débit rejet séparateur dynamique (t/h) 17,59

Débit sortie broyeur(t/h) 112,95

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Conclusion

Ce stage a été très bénéfique auquel j’ai eu une expérience enrichissante.

Il m’a permet d’acquérir une formation dans le domaine professionnel, de s’ouvrir la vie

pratique et de consolider mes connaissances théoriques .

De même, j’ai pu découvrir l’organisation des services et la coordination entre eux, de

vivre la réalité, affronter les difficultés rencontrées quelque soit son origine et s’adapter à ce

milieu pour améliorer le travail et l’efficacité des interventions.

Enfin, je suis profondément touchée par le climat qui règne au sein de l’entreprise S.C.G

et plus précisément dans le service FORMATION où j’ai apprit le déroulement des travaux et

les relations qui lient les différents services.

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Annexes

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Le schéma de fabrication du ciment :

:

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