Déchets, Sciences & Techniques

N°57


Phosphorus speciation in dicalcium silicate polymorphs of basic oxygen furnace (BOF) slag – Preliminary results


F. Bodénan, M. Gautier, N. Rafai, J. Poirier, P. Piantone, G. Franceschini, I. Moulin, P. Chaurand et J. Rose

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Texte intégral

Cet article discute de premiers résultats de localisation du phosphore dans les phases calciques des laitiers d’aciérie, sujet assez peu documenté mais d’importance en terme de recyclage de sous-produits, disponibles en grandes quantités. Les laitiers d’aciérie sont riches en oxydes de fer, ferrites de calcium, chaux mais aussi en silicates calciques qui concentrent majoritairement le phosphore, pénalisant largement un recyclage interne en aciérie. A ce stade, les techniques mises en œuvre concernent la diffraction des rayons-X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB) et la microsonde électronique (MSE) cartographie élémentaire et analyses quantitatives ponctuelles – couplées à de l’analyse chimique globale.

La substitution chimique [SiO4]2-[PO4]3-est largement connue pour un certain nombre de phases minérales naturelles mais aussi dans les verres. Cette même substitution a été un peu décrite dans les polymorphes silicatés calciques des phases Ca2SiO4 (C2S) et Ca3SiO5 (C3S) mais mérite un complément d’études sur les laitiers d’aciérie.

L’échantillon plus particulièrement étudié ici, contient 2,3 % de phosphore (exprimé en % d’oxydes P205). Cet élément se concentre principalement dans deux silicates calciques distincts avec deux teneurs en phosphore bien distinctes 1) des grains de β-C2S à teneur élevée en phosphore, 2) un mélange (C2S + CaO) issu de la décomposition à haute température des C3S et à teneur plus limitée en phosphore. Les teneurs moyennes déterminées par microsonde électronique sont respectivement de 8 % et 2,9 % P205 (ou 3,5 et 1,3 exprimé en % P). De plus, l’étude a montré que cette répartition peut-être modifiée lors d’essais de refroidissement contrôlé en laboratoire en lien, avec la proportion relative de chaque phase formée.

Ces résultats témoignent d’une variabilité de solubilité du phosphore en fonction de la nature cristallographique du minéral silicaté calcique. Les variations de compositions chimiques et de teneurs en P peuvent influer largement sur la nature et la stabilité des matériaux étudiés.

Les perspectives de l’étude, en cours d’évaluation, concernent la mise en œuvre d’outils spectroscopiques (IRTF, Raman, NMR, XAS) pour affiner la connaissance de la spéciation du phosphore dans ces environnements : incorporation dans la structure du silicate ou à des petits domaines de phosphate de calcium incorporés dans de plus gros minéraux.

L’objectif final de l’étude sera de discuter de la stabilité de la structure des minéraux calciques, en termes de variations de solubilité mais aussi de réactivité pour envisager des perspectives de recyclage des laitiers d’aciérie, actuellement largement stockés.

Pour citer ce document

Référence papier : F. Bodénan, M. Gautier, N. Rafai, J. Poirier, P. Piantone, G. Franceschini, I. Moulin, P. Chaurand et J. Rose « Phosphorus speciation in dicalcium silicate polymorphs of basic oxygen furnace (BOF) slag – Preliminary results », Dechets sciences et techniques, N°57, 2010, p. 13.

Référence électronique : F. Bodénan, M. Gautier, N. Rafai, J. Poirier, P. Piantone, G. Franceschini, I. Moulin, P. Chaurand et J. Rose « Phosphorus speciation in dicalcium silicate polymorphs of basic oxygen furnace (BOF) slag – Preliminary results », Dechets sciences et techniques [En ligne], N°57, mis à jour le : 27/04/2015, URL : http://lodel.irevues.inist.fr/dechets-sciences-techniques/index.php?id=3142, https://doi.org/10.4267/dechets-sciences-techniques.3142

Auteur(s)

F. Bodénan

BRGM (French Geological Survey), 3 Avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060 Orléans cedex 2, France

M. Gautier

Université d’Orléans, 45067 Orléans cedex, France
CEMHTI CNRS UPR3079, Site Haute Température, 1D avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France

N. Rafai

LERM, 23 rue de la Madeleine, BP 60136, 13631 Arles Cedex, France

J. Poirier

Université d’Orléans, 45067 Orléans cedex, France
CEMHTI CNRS UPR3079, Site Haute Température, 1D avenue de la Recherche Scientifique, 45071 Orléans Cedex 2, France

P. Piantone

BRGM (French Geological Survey), 3 Avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060 Orléans cedex 2, France

G. Franceschini

ArcelorMittal Maizières, Research and Development, BP 30320, 57283 Maizières-lès-Metz Cedex, France

I. Moulin

LERM, 23 rue de la Madeleine, BP 60136, 13631 Arles Cedex, France

P. Chaurand

CEREGE, CNRS UMR 6635, Europole de l'Arbois, BP80, 13545 Aix-en-Provence cedex 5, France

J. Rose

CEREGE, CNRS UMR 6635, Europole de l'Arbois, BP80, 13545 Aix-en-Provence cedex 5, France