FR2669918A1 - Process for obtaining a geopolymer cement without emission of carbon dioxide CO2 and products obtained by this process - Google Patents

Process for obtaining a geopolymer cement without emission of carbon dioxide CO2 and products obtained by this process Download PDF

Info

Publication number
FR2669918A1
FR2669918A1 FR9015144A FR9015144A FR2669918A1 FR 2669918 A1 FR2669918 A1 FR 2669918A1 FR 9015144 A FR9015144 A FR 9015144A FR 9015144 A FR9015144 A FR 9015144A FR 2669918 A1 FR2669918 A1 FR 2669918A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
h3sio4
cement
geopolymer
si2o5
alkaline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR9015144A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2669918B3 (en
Inventor
Davidovits Joseph
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to FR9015144A priority Critical patent/FR2669918B3/en
Publication of FR2669918A1 publication Critical patent/FR2669918A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2669918B3 publication Critical patent/FR2669918B3/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B12/00Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
    • C04B12/005Geopolymer cements, e.g. reaction products of aluminosilicates with alkali metal hydroxides or silicates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

The process described makes it possible to obtain a geopolymer cement whose manufacture takes place without release of CO2 gas discharged into the atmosphere and taking part in the greenhouse effect on the earth's climate. The process of preparation includes the following three reactive components: a) an aluminosilicate {9 [Si2O5,Al2O2], [Si2O5,Al2(OH)3 ]}, or, to simplify in what follows: (Si2O5.Al2O2) IV-V, having the Al cation in (IV-V) coordination as determined by the spectrum from analysis using nuclear magnetic resonance MAS-NMR for <27>Al; b) a sodium and/or potassium alkali metal melilite (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe<2+>,Al,Si)3O7]; c) a calcium melilite Ca2[(Mg,Fe<2+>,AlSi)3O7]. During the alkaline activation of the said cement, a sodium and/or potassium alkali metal disilicate, (Na2,K2)(H3SiO4)2 and a calcium disilicate Ca(H3SiO4)2 are formed in situ, with the result that the molar ratios of the reactive components are equal to or included between and The curing of the geopolymer cement by alkali metal activation corresponds to the formation of a geopolymer of (Ca,Na,K)-poly(sialate-siloxo) type of formula varying between and

Description

Procéde d'obtention d'un ciment géopolymère, sans émanation de gaz carbonique CO2, et produits obtenus par ce procédé. Process for obtaining a geopolymer cement, without CO2 carbon dioxide emanation, and products obtained by this process.

La présente invention concerne un procédé d'obtention d'un ciment qui, au cours de sa fabrication, a un dégagement très réduit de gaz carbonique C02. Tous les ciments hydrauliques sont a base de ciment portland et de chaux obtenus par calcination de carbonate de calcium. Pour le ciment portland, la réaction peut s'écrire ainsi:
a) SCaC03 + 2SiO2 < (2CaO,SiO2)(3CaO,SiO2) + 5C02.
The present invention relates to a process for obtaining a cement which, during its manufacture, has a very low release of carbon dioxide CO 2. All hydraulic cements are based on Portland cement and lime obtained by calcining calcium carbonate. For Portland cement, the reaction can be written as follows:
a) SCaC03 + 2SiO2 <(2CaO, SiO2) (3CaO, SiO2) + 5CO2.

b) C + O2 CO2
Ainsi la fabrication de 1 tonne de clinker s'accompagne de la production de 0,55 tonnes de C02 provenant de la réaction chimique et de 0,35 a 0,40 tonnes de C02 résultant de la dépense en énergie. Pour simplifier, on peut admettre que lorsque l'on fabrique 1 tonne de clinker, on produit 1 tonne de gaz carbonique C02. La production mondiale de ciment ayant été en 1987 de 1,035 milliards de tonnes, l'activité cimentière s'est donc accompagnée par le rejet dans I'atmosphère de plus de 1 milliard de tonnes de gaz C02, soit pratiquement 5% du C02 produit par l'activité humaine, ou encore l'equivalent de la totalité du gaz C02 généré par un pays comme le Japon.
b) C + O2 CO2
Thus the manufacture of 1 ton of clinker is accompanied by the production of 0.55 tons of C02 resulting from the chemical reaction and 0.35 to 0.40 tons of C02 resulting from the energy expenditure. To simplify, we can assume that when we manufacture 1 tonne of clinker, we produce 1 tonne of carbon dioxide C02. The world production of cement having been in 1987 of 1.035 billion tons, the cement activity was thus accompanied by the release into the atmosphere of more than 1 billion tons of C02 gas, that is to say practically 5% of the C02 produced by human activity, or the equivalent of all the CO2 gas generated by a country like Japan.

Or, comme chacun le sait maintenant, l'augmentation constante du gaz C02 dans l'atmosphere est responsable du changement de climat et du réchauffement par effet de serre. n devient donc important de proposer des ciments dont le mode de production s'accompagne de quantité moindre ou nulle de gaz C02. However, as everyone now knows, the constant increase in CO2 gas in the atmosphere is responsible for climate change and greenhouse warming. It is therefore important to offer cements whose production method is accompanied by a smaller or no quantity of CO2 gas.

Cependant, le remplacement du mode de fabrication ne doit pas changer les caractéristiques des produits et leur emploi dans la préparation des bétons. Ces nouveaux ciments doivent pouvoir se comparer favorablement avec les meilleurs ciments portland. ns doivent avoir les mêmes résistances mécaniques, ou si possible meilleures, des temps de prise et de durcissement identiques, ou si possible plus rapides. En un mot, ces nouveaux ciments doivent également apporter une innovation pour l'utilisateur, afin de pouvoir être accepté plus favorablement. However, the replacement of the manufacturing method must not change the characteristics of the products and their use in the preparation of concrete. These new cements must be able to compare favorably with the best portland cements. They must have the same mechanical strengths, or if possible better, identical setting and hardening times, or if possible faster. In short, these new cements must also bring innovation to the user, in order to be accepted more favorably.

Le gaz C02 provenant essentiellement de la calcination du carbonate de calcium, les nouveaux ciments ne doivent pas être basés sur l'hydratation des ions Ca++, mais plutôt sur la réactivité des ions Na+ et/ou K+. Since CO2 gas comes mainly from the calcination of calcium carbonate, new cements should not be based on the hydration of Ca ++ ions, but rather on the reactivity of Na + and / or K + ions.

Dans le cadre de la présente invention les ciments géopolymères obtenus résultent d'une réaction de polycondensation minérale par activation alcaline, dite géopolymérisation, par opposition aux liants traditionnels hydrauliques dans lesquels le durcissement est le résultat d'une hydratation des aluminates de calcium et des silicates de calcium.Le moyen d'investigation utilisé est le spectre de Résonance
Magnétique Nucléaire, MAS-NMR pour 27AI. Les produits résultant de la réaction de geopolymerisation, comme préconisé dans la présente invention, possède un pic unique à 55 ppm, caractéristique de la coordination Al(IV), alors que les composés d'hydratation obtenus dans les liants hydrauliques traditionnels ont eux un pic à 0 ppm, caractéristique de la coordination Al(VI), c'est à dire de l'hydroxy-aluminate de calcium.
In the context of the present invention, the geopolymer cements obtained result from a reaction of mineral polycondensation by alkaline activation, called geopolymerization, as opposed to traditional hydraulic binders in which the hardening is the result of hydration of calcium aluminates and silicates. of calcium.The means of investigation used is the Resonance spectrum
Magnetic Nuclear, MAS-NMR for 27AI. The products resulting from the geopolymerization reaction, as recommended in the present invention, have a single peak at 55 ppm, characteristic of Al (IV) coordination, while the hydration compounds obtained in traditional hydraulic binders have a peak. at 0 ppm, characteristic of the Al (VI) coordination, that is to say of calcium hydroxyaluminate.

Le spectre MAS-NMR de 29Si permet également de faire une différentiation très nette entre les géopolymères et les liants hydrauliques. Si on représente le degré de polymérisation du tetraèdre SiO4 par Qn (n=0,1,2,3,4), on peut faire la distinction entre les monosilicates (Qo), les disilicates (Q1), les groupes de silicate (Q2), les silicates greffés (Q3) et les silicates faisant partie d'un réseau tridimensionnel (Q4). Ces degrés de polymérisation sont caractérisés en MAS-NMR du 29Si par les pics suivants: (Qo) de -68 à -76 ppm; (Q1) de -76 à -80; (Q2) de -80 à -85 ppm; (Q3) de -85 à -90 ppm; (Q4) de -91 à -130 ppm. Les pics caractérisant les géopolymères se trouvent dans la zone -85 à -100 ppm et correspondent au réseau tridimensionnel (Q4) caractéristique des poly(sialates) et poly(sialate-siloxo).Au contraire, les résultats de l'hydratation des liants hydrauliques conduisant au silicate de calcium hydraté C-S-H (selon la terminologie employée dans la chimie des ciments) produisent des pics se situant dans la zone -68 à -85 ppm soit le monosilicate (Qo) ou le disilicate (Q1)(Q2); (voir par exemple J. Hjorth,
Cement and Concrete Research, Vol. 18, nr.4, 1988 et J.Skibsted, Geopolymer' 88,
Session nr.7, Université de Compiègne, 1988).
The MAS-NMR spectrum of 29Si also makes it possible to make a very clear differentiation between geopolymers and hydraulic binders. If we represent the degree of polymerization of the SiO4 tetrahedron by Qn (n = 0,1,2,3,4), we can distinguish between monosilicates (Qo), disilicates (Q1), silicate groups (Q2 ), grafted silicates (Q3) and silicates forming part of a three-dimensional network (Q4). These degrees of polymerization are characterized in MAS-NMR of 29Si by the following peaks: (Qo) from -68 to -76 ppm; (Q1) from -76 to -80; (Q2) from -80 to -85 ppm; (Q3) from -85 to -90 ppm; (Q4) from -91 to -130 ppm. The peaks characterizing the geopolymers are found in the -85 to -100 ppm zone and correspond to the three-dimensional network (Q4) characteristic of poly (sialates) and poly (sialate-siloxo). On the contrary, the results of the hydration of hydraulic binders leading to hydrated calcium silicate CSH (according to the terminology used in cement chemistry) produce peaks located in the region -68 to -85 ppm either the monosilicate (Qo) or the disilicate (Q1) (Q2); (see for example J. Hjorth,
Cement and Concrete Research, Vol. 18, nr. 4, 1988 and J. Skibsted, Geopolymer '88,
Session nr. 7, University of Compiègne, 1988).

Selon la terminologie en vigueur pour les géopolymères (voir par exemple
Geopolymer '88, Volume 1, Actes du Congres Geopolymer '88, Université de
Technologie, Compiègne France), le ciment géopolymère de la présente invention correspond à un géopolymêre de type
(Ca,Na,K)-poly(sialate-siloxo) de formule variant entre [0,6(Na,K)+0,2Ca](-Si-O-Al-O-Si-O-),H2O
et
,4(Na,K)+0,3Cai (-Si-O-Ai-O-Si-O-) ,H2O.
According to the terminology in force for geopolymers (see for example
Geopolymer '88, Volume 1, Proceedings of the Geopolymer '88 Congress, University of
Technology, Compiègne France), the geopolymer cement of the present invention corresponds to a geopolymer of the type
(Ca, Na, K) -poly (sialate-siloxo) of formula varying between [0.6 (Na, K) + 0.2Ca] (- Si-O-Al-O-Si-O -), H2O
and
, 4 (Na, K) + 0.3Cai (-Si-O-Al-O-Si-O-), H2O.

Les compositions minérales géopolymèriques selon la présente invention, permettant l'obtention d'un ciment géopolymère, comprennent essentiellement trois éléments réactifs. The geopolymeric mineral compositions according to the present invention, making it possible to obtain a geopolymer cement, essentially comprise three reactive elements.

Le premier réactif est un oxyde alumino-silicate de formule 19[5i2O5 ,Ai2O21 , [5i2O5.Al2(OH)3]}, obtenu par calcination d'un matériau kaolinitique, la dite calcination est conduite de telle sorte que le dit oxyde alumino-silicate possède un spectre d'analyse en Résonance
Magnétique Nucléaire MAS-NMR pour 27AI ayant en supplement des deux résonances principales à 20+5ppm, coordination Al(V), et 50+5ppm, coordination Al(IV), une résonance secondaire à 0#5ppm de beaucoup plus faible intensité, coordination Al(VI).
The first reagent is an alumino-silicate oxide of formula 19 [5i2O5, Al2O21, [5i2O5.Al2 (OH) 3]}, obtained by calcining a kaolinitic material, the said calcination is carried out so that the said aluminum oxide -silicate has a Resonance analysis spectrum
Nuclear Magnetic MAS-NMR for 27AI having in addition the two main resonances at 20 + 5ppm, Al (V) coordination, and 50 + 5ppm, Al (IV) coordination, a secondary resonance at 0 # 5ppm of much lower intensity, coordination A1 (VI).

Nous adopterons, dans ce qui suit, la notion de coordination mixte A1(IV-V) pour cet oxyde {9[Si2O5,Ai2O2],iSi2O5,Ai2(OH)3]}, ou pour simplifier dans ce qui suit si2o5 A1202)IV-V. We will adopt, in what follows, the notion of mixed coordination A1 (IV-V) for this oxide {9 [Si2O5, Ai2O2], iSi2O5, Ai2 (OH) 3]}, or to simplify in what follows si2o5 A1202) IV-V.

Le second réactif est une melilite alcaline (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Al,Si)307]. Elle sera essentiellement caractérisée, sous l'action d'une attaque alcaline, par son aptitude à générer la formation d'un disilicate de sodium et/ou de potassium, soluble dans l'eau, (Na2,K2) (H3SiO4)2. The second reagent is an alkaline melilite (Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe2 +, Al, Si) 307]. It will be essentially characterized, under the action of an alkaline attack, by its ability to generate the formation of a sodium and / or potassium disilicate, soluble in water, (Na2, K2) (H3SiO4) 2.

Le troisième réactif est une melilite de calcium Ca2[(Mg,Fe+,Al,Si)3O7]. Elle sera essentiellement caractérisée, sous l'action d'une attaque alcaline, par son aptitude à générer, la formation de silicate de calcium faiblement basique, c'est à dire ayant un rapport atomique Ca/Si inférieur à 1, de préférence proche de 0,5. Cette caractérisation sera établie en utilisant la Spectrométrie Photoélectronique aux Rayons X (X.p.s.) et par l'analyse des rapports Ca2p/Si2p comme il est indiqué par M. Regourd, Phil. Trans. The third reagent is a calcium melilite Ca2 [(Mg, Fe +, Al, Si) 3O7]. It will be essentially characterized, under the action of an alkaline attack, by its ability to generate the formation of weakly basic calcium silicate, that is to say having a Ca / Si atomic ratio of less than 1, preferably close to 0.5. This characterization will be established using X-ray Photoelectron Spectrometry (X.p.s.) and analysis of Ca2p / Si2p ratios as reported by M. Regourd, Phil. Trans.

Royal Society London, A.310, pages 85-92 (1983).Royal Society London, A.310, pages 85-92 (1983).

On a proposé dans le passé des liants et ciments possédant un durcissement rapide et basés sur des réactions géopolymèriques, donc également pauvre en gaz CO2 dégagé. In the past, binders and cements have been proposed which have rapid hardening and are based on geopolymeric reactions, and therefore also poor in CO2 gas released.

Ainsi par exemple le brevet Davidovits/Sawyer US 4,509,985 et son équivalent européen
EP 153,097 décrivent des compositions géopolymèriques permettant la réalisation de mortier à durcissement rapide. Comme il est également décrit dans la demande de brevet français FR 90.10958 concernant un procédé d'obtention d'un liant géopolymere permettant la stabilisation, la solidification et la consolidation de déchets toxiques, déposé par le demandeur de la présente, le silicate alcalin le plus réactif est celui sous la forme de disilicate de potassium K2(H3SiO4)2 en poudre.
For example, the Davidovits / Sawyer patent US 4,509,985 and its European equivalent
EP 153,097 describe geopolymeric compositions allowing the production of rapid hardening mortar. As is also described in French patent application FR 90.10958 relating to a process for obtaining a geopolymer binder allowing the stabilization, solidification and consolidation of toxic waste, filed by the applicant hereof, the most alkali silicate reactive is that in the form of potassium disilicate K2 (H3SiO4) 2 powder.

Dans le prix de revient des compositions minérales géopolymèriques décrites dans les formulations antérieures, la partie la plus onéreuse est celle allouée au disilicate de potassium K2(H3SiO4)2. n était donc très important de pouvoir diminuer très sensiblement le prix de revient de ce produit tres onéreux, afin de pouvoir produire un ciment géopolymère dont le prix puisse être comparable à celui du ciment portland, sans perdre Davantage fondamental résultant d'un procédé ne générant pas de gaz CO2. In the cost price of the geopolymeric mineral compositions described in the previous formulations, the most expensive part is that allocated to potassium disilicate K2 (H3SiO4) 2. It was therefore very important to be able to significantly reduce the cost price of this very expensive product, in order to be able to produce a geopolymer cement whose price could be comparable to that of Portland cement, without losing More fundamental advantage resulting from a process that did not generate no CO2 gas.

C'est le principal objectif de la présente invention qui décrit un procédé permettant l'obtention d'un ciment géopolymère, sans émanation de gaz CO2, le dit ciment étant obtenu à partir d'une composition minérale géopolymèrique, en poudre, contenant:
a) un oxyde alumino-silicate {9iSi2O5,Al2O2i,[Si2O5,Ai2(OH)3]}, ou pour
simplifier dans ce qui suit: (Si2O5.Al2O2)IV-V, ayant le cation Ai en
coordination (IV-V) comme déterminé par le spectre d'analyse en Résonance
Magnétique Nucléaire MAS-NMR pour 27Ai;
b) une melilite vitreuse alcaline de sodium et/ou de potassium (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Al,Si)307];
c) une melilite vitreuse de calcium Ca2[(Mg,Fe2+,Al,Si)3O7]
Pendant l'activation alcaline du dit ciment géopolymère, il se forme in situ un disilicate alcalin, de sodium et/ou de potassium, (Na2,K2)(H3SiO4)2 et un disilicate de calcium
Ca(H3SiO4)2, de tel sorte que les rapports molaires entre les éléments réactifs, (Si2O5,Al2O2)1V-V, (Na2,K2)(H3SiO4)2, Ca(H3SiO4)2, soient égaux ou compris entre
{(Na2,K2)(H3SiO4)2}/(Si2O5,Al2O2)IV-V 0,40 et 0,60
Ca(H3SiO4)2/(Si2O5,Al2O2)IV-V 0,60 et 0,40
et
{(Na2,K2)(H3SiO4)2+Ca(H3SiO4)2}/(Si2O5,Al2O2)IV-V = 1,0
Dans le cas du disilicate de calcium Ca(H3SiO4)2 et du disilicate de potassium
K2(H3SiO4)2 nous avons les rapports suivants:
K2(H3SiO4)2i(5i2O5,Ai2O2)1V-V compris entre 0,40 et 0,60
Ca(H3SiO4)2/(Si2O5,Al2O2)IV-V compris entre 0,60 et 0,40.
This is the main objective of the present invention which describes a process for obtaining a geopolymer cement, without CO2 gas emanation, said cement being obtained from a geopolymeric mineral composition, in powder, containing:
a) an alumino-silicate oxide {9iSi2O5, Al2O2i, [Si2O5, Al2 (OH) 3]}, or for
simplify in the following: (Si2O5.Al2O2) IV-V, having the cation Ai in
coordination (IV-V) as determined by the analysis spectrum in Resonance
Magnetic Nuclear MAS-NMR for 27Ai;
b) an alkaline glassy melilite of sodium and / or potassium (Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe2 +, Al, Si) 307];
c) a vitreous calcium melilite Ca2 [(Mg, Fe2 +, Al, Si) 3O7]
During the alkaline activation of said geopolymer cement, an alkali disilicate, sodium and / or potassium, (Na2, K2) (H3SiO4) 2 and a calcium disilicate are formed in situ.
Ca (H3SiO4) 2, such that the molar ratios between the reactive elements, (Si2O5, Al2O2) 1V-V, (Na2, K2) (H3SiO4) 2, Ca (H3SiO4) 2, are equal or between
{(Na2, K2) (H3SiO4) 2} / (Si2O5, Al2O2) IV-V 0.40 and 0.60
Ca (H3SiO4) 2 / (Si2O5, Al2O2) IV-V 0.60 and 0.40
and
{(Na2, K2) (H3SiO4) 2 + Ca (H3SiO4) 2} / (Si2O5, Al2O2) IV-V = 1.0
In the case of calcium disilicate Ca (H3SiO4) 2 and potassium disilicate
K2 (H3SiO4) 2 we have the following reports:
K2 (H3SiO4) 2i (5i2O5, Ai2O2) 1V-V between 0.40 and 0.60
Ca (H3SiO4) 2 / (Si2O5, Al2O2) IV-V between 0.60 and 0.40.

En d'autres termes la somme du nombre de moles de disilicate de calcium,
Ca(H3SiO4)2, et du nombre de moles de disilicate de potassium, K2(H3SiO4)2, est égale au nombre de moles de l'oxyde alumino-silicate (Si2Os,A1202). Cet oxyde aluminosilicate (Si2Os,A1202) détermine toutes les conditions réactionnelles des compositions minérales géopolymèriques. I1 reagira avec un disilicate alcalin ou alcalino-terreux pour former, après géopolymèrisation, un composé {Si2O5,Al2O2,Si2O5,(K2O,CaO)}, soit le (K,Ca)-poly(sialate-siloxo), c'est à dire de formule comprise entre
(0,6K+0,2Ca) (-Si-O-Al-O-Si-O-) et
(0,4K+0,3Ca) (-Si-O-Al-O-Si-O-).
In other words the sum of the number of moles of calcium disilicate,
Ca (H3SiO4) 2, and the number of moles of potassium disilicate, K2 (H3SiO4) 2, is equal to the number of moles of alumino-silicate oxide (Si2Os, A1202). This aluminosilicate oxide (Si2Os, A1202) determines all the reaction conditions of geopolymeric mineral compositions. It will react with an alkali or alkaline earth disilicate to form, after geopolymerization, a compound {Si2O5, Al2O2, Si2O5, (K2O, CaO)}, or (K, Ca) -poly (sialate-siloxo), it is i.e. of formula between
(0.6K + 0.2Ca) (-Si-O-Al-O-Si-O-) and
(0.4K + 0.3Ca) (-Si-O-Al-O-Si-O-).

L'oxyde (Si2O5,Ai2O2)lV-V réagit tout d'abord avec le disilicate le plus soluble qui est toujours le disilicate alcalin (Na2,K2)(H3SiO4)2. La quantité de disilicate de calcium intervenant dans la réaction géopolymèrique est déterminée essentiellement par la quantité de disilicate alcalin. Si la somme des moles de ces disilicates est supérieure à 1, la partie non réagissante sera celle qui est la moins soluble, c'est à dire le disilicate de calcium. The oxide (Si2O5, Al2O2) IV-V first reacts with the most soluble disilicate which is always the alkali disilicate (Na2, K2) (H3SiO4) 2. The amount of calcium disilicate involved in the geopolymeric reaction is determined essentially by the amount of alkali disilicate. If the sum of the moles of these disilicates is greater than 1, the unreacting part will be that which is the least soluble, that is to say the calcium disilicate.

Cependant, ce sont les ions calcium Ca++ qui déterminent la vitesse de durcissement, en rendant moins solubles les gels géopolymèriques alcalins, la vitesse de durcissement optimale étant atteinte lorsque ces ions Ca++ sont intégrés dans la structure géopolymère. Si la quantité d'alcalin Na+ et/ou K+ est importante, il faudra une plus grande quantité d'ion Ca++ pour aboutir à la même vitesse de durcissement. However, it is the calcium Ca ++ ions that determine the rate of hardening, making alkaline geopolymeric gels less soluble, the optimum hardening speed being reached when these Ca ++ ions are integrated into the geopolymer structure. If the amount of Na + and / or K + alkali is large, more Ca ++ ion will be needed to achieve the same rate of hardening.

Par contre, si la quantité de disilicate alcalin (Na2,K2)(H3SiO4)2 est trop faible, la dissolution du disilicate de calcium Ca(H3SiO4)2 sera réduite, et le durcissement rapide à 20"C ne s'effectuera pas non plus, et les résistances mécaniques seront plus faibles.On the other hand, if the amount of alkali disilicate (Na2, K2) (H3SiO4) 2 is too low, the dissolution of calcium disilicate Ca (H3SiO4) 2 will be reduced, and rapid hardening at 20 "C will not take place. more, and the mechanical resistances will be lower.

On trouve également dans l'état antérieur de la technique des compositions minérales, en poudre. Ainsi le brevet Heitzmann US 4,642,137 revendique des compositions minérales comprenant entre autres parties, un mélange contenant du silicate de potassium et de l'hydroxyde de potasse.Pour l'homme de rapt, le terme "silicate de potassium" employé dans ce brevet Heitzmann US 4,642,137 signifie le silicate de potassium industriel, en poudre, correspondant à la formule K20.3Si02,3H20, soluble dans l'eau et permettant de réaliser des liants et colles ayant les mêmes propriétés que les "verres solubles" ou silicate alcalins en solution. Powdered mineral compositions are also found in the prior state of the art. Thus, Heitzmann US Pat. No. 4,642,137 claims mineral compositions comprising, among other parts, a mixture containing potassium silicate and potassium hydroxide. For raptors, the term “potassium silicate” used in this Heitzmann US patent 4,642,137 means industrial potassium silicate, in powder, corresponding to the formula K20.3Si02.3H20, soluble in water and making it possible to produce binders and glues having the same properties as “soluble glasses” or alkali metal silicate in solution.

On a également préconisé de remplacer la totalité du silicate de potassium en solution ou en poudre, par un mélange de silice amorphe (par exemple la fumée de silice) et d'hydroxyde de potassium comme dans le second brevet Heitzmann US 4,640,715.; la fumée de silice et d'autres silices amorphes peuvent facilement se transformer en silicate de potassium ou de sodium, à température modérée, voire même ambiante. Au contraire, dans le cadre de l'invention, on fabrique tout d'abord une melilite alcaline (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Al,Si)307] vitreuse ayant une granulométrie moyenne de 10 microns. L'activation alcaline libère ensuite, in situ, la phase disilicate alcalin hydraté (Na2,K2)(H3SiO4)2. It has also been recommended to replace all of the potassium silicate in solution or in powder, with a mixture of amorphous silica (for example silica fume) and potassium hydroxide as in the second Heitzmann patent US 4,640,715 .; silica fume and other amorphous silicas can easily turn into potassium or sodium silicate at moderate or even ambient temperature. On the contrary, within the framework of the invention, a vitreous alkaline melilite (Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe2 +, Al, Si) 307] having an average particle size of 10 microns is first of all produced. The alkaline activation then releases, in situ, the hydrated alkali disilicate phase (Na2, K2) (H3SiO4) 2.

Afin d'assurer une réactivité optimale de cette melilite alcaline (Ca,Na,K)2[Mg,Fe2+,Al,Si)307, celle-ci est trempée, à l'air ou à l'eau, selon les techniques connues dans les industries similaires, comme par exemples la granulation des laitiers de haut-fourneau, ou la trempe des frites alcalines utilisées dans la fabrication des émaux. In order to ensure optimum reactivity of this alkaline melilite (Ca, Na, K) 2 [Mg, Fe2 +, Al, Si) 307, it is quenched, in air or in water, according to known techniques. in similar industries, such as for example the granulation of blast furnace slag, or the quenching of alkaline chips used in the manufacture of enamels.

Les matières premières servant à fabriquer la melilite alcaline vitreuse sont les alumino-silicates alcalins naturels, comme par exemple les argiles, les micas (moscovite, biotite), les pouzzolanes, ainsi que les feldspaths, feldspathoïdes et zéolites. The raw materials used to manufacture the alkaline vitreous melilite are natural alkali alumino-silicates, such as, for example, clays, micas (Muscovite, biotite), pozzolans, as well as feldspars, feldspathoids and zeolites.

On pourra également utiliser toute association de matériaux siliceux, alumineux, naturels ou artificiels, avec des déchets industriels riches en produits alcalins.Any combination of siliceous, aluminous, natural or artificial materials can also be used with industrial waste rich in alkaline products.

Le procédé selon la présente invention ne doit pas être confondu avec la fabrication d'un ciment composé dans lequel les produits mentionnés ci-dessus sont simplement ajoutés à un ciment, ordinairement du ciment portland ou à base de laitier de haut fourneau. En effet, dans le cadre de la présente invention, les alumino-silicates alcalins naturels ou synthétiques, dénommés par les cimentiers sous les termes de cendres volantes, pouzzolanes et matières à caractères pouzzolaniques, sont soumis à un traitement thermique entre 900au et 1300au, afin de fabriquer la melilite vitreuse alcaline. The process according to the present invention should not be confused with the manufacture of a compound cement in which the products mentioned above are simply added to a cement, usually Portland cement or blast furnace slag. In fact, in the context of the present invention, the natural or synthetic alkaline alumino-silicates, referred to by cement manufacturers under the terms of fly ash, pozzolans and materials with pozzolanic characters, are subjected to a heat treatment between 900au and 1300au, in order to to make alkaline vitreous melilite.

Lorsque la dite melilite alcaline est du type potassique, le dit disilicate alcalin est le disilicate de potassium K2(H3SiO4)2; le ciment géopolymère correspond à la formation d'un géopolymère de type (Ca,K)-poly(sialate-siloxo) de formule variant entre (0,6K+0,2Ca) (-Si-O-Ai-O-Si-O-) ,H2O
et
(0,4K+0,3Ca) (-Si-O-Al-O-Si-O-) ,H2O
Lorsque la dite melilite alcaline est du type sodique, le dit disilicate alcalin est le disilicate de sodium Na2(H3SiO4)2;; le ciment géopolymêre correspond à la formation d'un géopolymère de type (Ca,Na)-poly(sialate-siloxo) de formule variant entre (0,6Na+0,2Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-) ,H20
et
(0,4Na+0,3Ca) (-SiO-Al-O-Si-O-) ,H20
Le disilicate de calcium Ca(H3SiO4)2 sera produit, à l'état naissant, dans le liant, après l'addition de reau nécessaire à la solubilisation des différents réactifs en poudre.
When said alkaline melilite is of the potassium type, said alkali disilicate is potassium disilicate K2 (H3SiO4) 2; geopolymer cement corresponds to the formation of a geopolymer of (Ca, K) -poly (sialate-siloxo) type of formula varying between (0.6K + 0.2Ca) (-Si-O-Al-O-Si- O-), H2O
and
(0.4K + 0.3Ca) (-Si-O-Al-O-Si-O-), H2O
When said alkaline melilite is of the sodium type, said alkali disilicate is sodium disilicate Na2 (H3SiO4) 2; geopolymer cement corresponds to the formation of a geopolymer of the (Ca, Na) -poly (sialate-siloxo) type of formula varying between (0.6Na + 0.2Ca) (- Si-O-Al-O-Si- O-), H20
and
(0.4Na + 0.3Ca) (-SiO-Al-O-Si-O-), H20
The calcium disilicate Ca (H3SiO4) 2 will be produced, in its nascent state, in the binder, after the addition of water necessary for the solubilization of the various powdered reagents.

La matière de départ est une melilite de calcium basique, solution solide contenant la wollastonite Ca(SiO3), la gehlenite (2CaO.A1203.SiO2), l'akermanite (2CaO. MgO. SiO2). The starting material is a basic calcium melilite, solid solution containing wollastonite Ca (SiO3), gehlenite (2CaO.A1203.SiO2), akermanite (2CaO. MgO. SiO2).

Lorsque les grains de ces matières sont mis en contact avec une solution alcaline (NaOH ou KOH) il se produit très rapidement une désorption de CaO de telle sorte que le rapport atomique Ca/Si devient inférieur à 1 et tend vers 0,5 pour les silicates basiques initialement de rapport Ca/Si égal ou inférieur à 2, comme la wollastonite, la gehlenite, rakermanite. When the grains of these materials are brought into contact with an alkaline solution (NaOH or KOH), a desorption of CaO very quickly occurs such that the Ca / Si atomic ratio becomes less than 1 and tends towards 0.5 for them. basic silicates initially with a Ca / Si ratio equal to or less than 2, such as wollastonite, gehlenite, rakermanite.

Le laitier de haut fourneau contient essentiellement de la melilite de calcium et convient donc très bien. De plus, comme on peut le suivre par la spectrométrie photoélectronique aux Rayons X. (X.p.s.), comme indiqué plus haut, cette attaque alcaline du silicate basique produit un silicate faiblement basique de rapport atomique
Ca/Si=0,5, soit précisément le disilicate de calcium Ca(H3SiO4)2. Ce processus est très régulier et peut être complet en 30 minutes, à la température ambiante.
Blast furnace slag mainly contains calcium melilite and is therefore very suitable. In addition, as can be seen by X-ray photoelectron spectrometry (Xps), as indicated above, this alkaline attack of the basic silicate produces a weakly basic silicate of atomic ratio.
Ca / Si = 0.5, or precisely calcium disilicate Ca (H3SiO4) 2. This process is very smooth and can be completed in 30 minutes at room temperature.

Le laitier de haut fourneau est un sous-produit de l'industrie métallurgique. Son utilisation dans les ciments géopolymères ne génère pas de CO2. En 1984, en France, la production totale de laitier était de 10 millions de tonnes, chiffre que l'on doit comparer à la production de clinker portland pour la même année en France, soit 22 millions de tonnes. n existe donc suffisamment de laitier pour remplacer tout ou en partie les besoins en ciment portland. Blast furnace slag is a by-product of the metallurgical industry. Its use in geopolymer cements does not generate CO2. In 1984, in France, the total production of slag was 10 million tonnes, a figure that should be compared to the production of portland clinker for the same year in France, or 22 million tonnes. There is therefore sufficient slag to replace all or part of the requirements for portland cement.

La réaction géopolymerique utilisée dans la présente invention ne doit pas être confondue avec la simple activation alcaline des liants hydrauliques, ou l'action d'accélérateur de prise des alcalis sur les ciments portlands et autres liants hydrauliques. The geopolymeric reaction used in the present invention should not be confused with the simple alkaline activation of hydraulic binders, or the action of accelerating alkali setting on portland cements and other hydraulic binders.

En effet, la simple action des alcalis, NaOH ou KOH, sur les ciments portlands ou le laitier de haut fourneau, se traduit par la production des silicates de calcium hydratés, comme mentionné plus haut. Au contraire de ce qui se passe dans la présente invention, ces silicates hydratés cristallisent pour former le C-S-H, constituant principal des ciments calciques hydrauliques. Le C-S-H est un monosilicate et/ou un bisilicate, c'est à dire que les tétraèdres SiO4 qui le constituent appartiennent à la catégorie (Qo), (Q1) et éventuellement (Q2). Au contraire, la géopolymérisation conduit à la formation de tétraedres SiO4 de type (Q4), comme déterminé par le spectre d'analyse en
Résonance Magnétique Nucléaire MAS-NMR pour 29Si.
Indeed, the simple action of alkalis, NaOH or KOH, on portlands cements or blast furnace slag, results in the production of hydrated calcium silicates, as mentioned above. Contrary to what happens in the present invention, these hydrated silicates crystallize to form CSH, the main constituent of hydraulic calcium cements. The CSH is a monosilicate and / or a bisilicate, that is to say that the SiO4 tetrahedra which constitute it belong to the category (Qo), (Q1) and possibly (Q2). On the contrary, geopolymerization leads to the formation of SiO4 tetrahedra of type (Q4), as determined by the analysis spectrum in
MAS-NMR Nuclear Magnetic Resonance for 29Si.

Dans le cas des laitiers de haut-fourneau, les alcalis ne sont pas des accélérateurs de prise, mais développent l'hydraulicité latente des laitiers. L'accélérateur de durcissement est en général la température, ou l'addition de ciment portland, comme par exemple dans le cas du brevet Forss US 4,306,912 qui décrit l'utilisation d'un ciment à base de laitier, de ciment portland ou de chaux et d'un accélérateur alcalin comme NaOH et les carbonates de sodium et ou de potassium. n n'est pas fait mention d'addition de melilite vitreuse alcaline produisant, in-situ, le disilicate alcalin (Na2,K2)(H3SiO)2. In the case of blast furnace slags, the alkalis are not setting accelerators, but develop the latent hydraulicity of the slags. The hardening accelerator is in general the temperature, or the addition of portland cement, as for example in the case of the Forss patent US 4,306,912 which describes the use of a cement based on slag, portland cement or lime. and an alkaline accelerator such as NaOH and sodium and / or potassium carbonates. No mention is made of the addition of alkaline vitreous melilite producing, in situ, the alkali disilicate (Na2, K2) (H3SiO) 2.

L'analyse scientifique à l'aide de la Résonance Magnétique Nucléaire MAS-NMR pour 27AI montre que les ciments hydrauliques au laitier résultent de l'hydratation des aluminates, silicates et silico-aluminates de calcium, avec formation soit de gehlenite hydratée 2CaO.A1203.SiO2.8H20 ou d'aluminate de calcium hydratée 4CaO.A1203.10H20 dans lesquels le cation Ai est en coordination Ai(VI). Le spectre
MAS-NMR pour 29Si montrent que les tétraèdres SiO4 sont en majorité du type (Qo), (Q 1), (Q2), caractérisant le C-S-H.
Scientific analysis using the MAS-NMR Nuclear Magnetic Resonance for 27AI shows that hydraulic slag cements result from the hydration of calcium aluminates, silicates and silico-aluminates, with the formation of either hydrated gehlenite 2CaO.A1203 .SiO2.8H20 or hydrated calcium aluminate 4CaO.A1203.10H20 in which the Ai cation is in Ai (VI) coordination. Spectrum
MAS-NMR for 29Si show that the SiO4 tetrahedra are mostly of the (Qo), (Q 1), (Q2) type, characterizing the CSH.

De même un mélange comprenant l'oxyde alumino-silicate (Si205,A1202)IV-V, du laitier, et des alcalis KOH,NaOH, ne constitue pas un liant minéral géopolymèrique selon la présente invention. Un mortier réalisé avec ce mélange et de l'eau, ne durcit pas à 20"C avant 24 heures. Ce type de réaction est décrite dans les brevets antérieurs du demandeur. Ainsi les brevets Davidovits FR 2.464.227 et FR 2.489.290 indiquent que si l'oxyde (S1205,Ai202)1V-V n'est pas masqué par une solution de polysilicate, contre l'attaque des bases fortes KOH, NaOH, il se forme un poly(sialate) simple du type de rHydroxysodalite qui précipite sans fonction liante.L'Hydroxysodalite ne constitue un liant que dans les pâtes céramiques, avec très peu d'eau et lorsque le matériau est comprimé, comme revendiqué dans les brevets Davidovits FR 2.346.121 et 2.341.522. Likewise, a mixture comprising the alumino-silicate oxide (Si205, A1202) IV-V, slag, and alkalis KOH, NaOH, does not constitute a geopolymeric inorganic binder according to the present invention. A mortar made with this mixture and water does not harden at 20 "C for 24 hours. This type of reaction is described in the previous patents of the applicant. Thus the Davidovits patents FR 2,464,227 and FR 2,489,290 indicate that if the oxide (S1205, Al202) 1V-V is not masked by a polysilicate solution, against the attack of strong bases KOH, NaOH, a simple poly (sialate) of the type of rHydroxysodalite is formed which precipitates without binder function.Hydroxysodalite only constitutes a binder in ceramic pastes, with very little water and when the material is compressed, as claimed in Davidovits patents FR 2,346,121 and 2,341,522.

Dans le cadre de l'invention, la partie de melilite de calcium non transformée en disilicate de calcium lors de l'attaque alcaline, ou celle qui n'a pas pu participer à la réaction de géopolymèrisation une fois que le rapport K2(H3SiO4)2+Ca(H3SiO4)2 sur (Si2Os,A1202)1V-V a atteint la valeur de 1, ces silicates et alumino-silicates s'hydrateront selon le mécanisme connu en vigueur pour les silicates de calcium constituant les ciments hydrauliques. On obtient alors, en plus du géopolymere (K,Ca)( Si-O-Al-Si-O-) la formation de gehlenite hydratée, de C-S-H, d'aluminate de calcium hydratée, et d'autres silicates de magnésie. In the context of the invention, the part of calcium melilite not transformed into calcium disilicate during the alkaline attack, or that which could not participate in the geopolymerization reaction once the K2 (H3SiO4) ratio 2 + Ca (H3SiO4) 2 on (Si2Os, A1202) 1V-V has reached the value of 1, these silicates and aluminosilicates will hydrate according to the known mechanism in force for calcium silicates constituting hydraulic cements. In addition to the geopolymer (K, Ca) (Si-O-Al-Si-O-), the formation of hydrated gehlenite, C-S-H, hydrated calcium aluminate, and other silicates of magnesia is then obtained.

L'analyse par spectrométrie en Résonance Magnétique Nucléaire indiquera pour MAS-NMR de 27Ai, la présence à la fois de pics correspondant à la coordination A1(IV) et Al(VI). En général, dans le cadre de la présente invention la concentration en A1(IV) est 4 à 6 fois supérieure à celle de Al(VI). Elle pourra descendre si dans le mélange on ajoute d'autres charges silico-alumineuses, ou alumineuses, mais, même dans ce cas, le rapport entre la concentration en A1(IV) sur la concentration en Al(Vl) sera Al(IV)/Al(VI) 2 1. Analysis by Nuclear Magnetic Resonance spectrometry will indicate, for MAS-NMR of 27Ai, the presence of both peaks corresponding to the A1 (IV) and Al (VI) coordination. In general, in the context of the present invention, the concentration of Al (IV) is 4 to 6 times greater than that of Al (VI). It can go down if in the mixture other silico-aluminous or aluminous fillers are added, but, even in this case, the ratio between the concentration of A1 (IV) on the concentration of Al (Vl) will be Al (IV) / Al (VI) 2 1.

Dans le spectre MAS-NMR de 29Si, ces mêmes silicates de calcium basiques conduiront à la présence à la fois de tétraèdres SiO4 (Q4), (Qo), (Q 1), (Q2). En général. In the MAS-NMR spectrum of 29Si, these same basic calcium silicates will lead to the presence of both SiO4 (Q4), (Qo), (Q 1), (Q2) tetrahedra. In general.

la concentration en tétraèdres SiO4 (Q4) est 4 à 6 fois supérieure à la somme des concentrations en tétraèdres SiO4 (Qo)+(Ql)+(Q2), et selon la nature des charges nous aurons
(Q4)/(Qo)+(Ql)+(Q2) > 1.
the concentration of SiO4 (Q4) tetrahedra is 4 to 6 times greater than the sum of the SiO4 (Qo) + (Ql) + (Q2) tetrahedra concentrations, and depending on the nature of the charges we will have
(Q4) / (Qo) + (Ql) + (Q2)> 1.

Selon les conditions technologiques de la calcination, l'alumino-silicate synthétique (Si205,A1202)IV-V pourra remplir son rôle tel que décrit dans la présente invention, ou il ne le pourra pas. Ainsi, si la calcination est faite à une température comprise entre 550 C et 650 C, la résonance principale du spectre MAS-NMR 27A1 est O*Sppm, indiquant un déficit en Ai de coordination (IV-V). Si la calcination est faite à une température supérieure à 900 C, la résonance principale du spectre MAS-NMR 27Al est également OrSppm, indiquant également un déficit en Ai de coordination (IV-V).Plus la température s'élève (1000 C-1100 C) et plus le matériau calciné contient de la mullite dont la résonance principale du spectre MAS-NMR 27Al est également 0+5ppm. Depending on the technological conditions of the calcination, the synthetic alumino-silicate (Si205, A1202) IV-V may fulfill its role as described in the present invention, or it may not. Thus, if the calcination is carried out at a temperature between 550 C and 650 C, the main resonance of the MAS-NMR 27A1 spectrum is O * Sppm, indicating a deficit in coordination Ai (IV-V). If the calcination is done at a temperature above 900 C, the main resonance of the MAS-NMR 27Al spectrum is also OrSppm, also indicating a deficit in coordination Ai (IV-V). 1100 C) and higher, the calcined material contains mullite, the main resonance of the MAS-NMR 27Al spectrum of which is also 0 + 5ppm.

Les températures idéales de calcination se situent entre 700 C et 800 C. Cependant, même à ces températures, le type de four employé sera favorable ou défavorable à la production de l'oxyde silico-aluminate (9[Si2O5,Al2O2], [Si2O5,Al2(OH)3]} préconisé dans cette invention Ainsi, la calcination en four fixe, permettant de conserver pendant toute la calcination une pression de vapeur d'eau suffisante, livre le matériau réactif possédant le spectre MAS-NMR désiré, alors que la technique rapide de calcination, telle qu'elle est habituellement employée en cimenterie à l'aide de four tournant, conduit à un déficit entai de coordination (IV-V). The ideal calcination temperatures are between 700 C and 800 C. However, even at these temperatures, the type of furnace employed will be favorable or unfavorable to the production of silico-aluminate oxide (9 [Si2O5, Al2O2], [Si2O5 , Al2 (OH) 3]} recommended in this invention Thus, the fixed furnace calcination, making it possible to maintain a sufficient water vapor pressure throughout the calcination, delivers the reactive material having the desired MAS-NMR spectrum, whereas the rapid calcination technique, as it is usually employed in cement works using a rotary kiln, leads to a coordination deficit (IV-V).

En général les produits industriels connus sous les noms de kaolins calcinés basse température ou haute température, destinés à industrie papetière, et communément appelés métakaolin, ne conviennent pas dans le cadre de l'invention, pour les raisons expliquées ci-dessus. II en est de même des métakaolins produits par les cimentiers, en four rotatif, par cuisson rapide. Ceci est par exemple le cas pour le brevet Heitzmannn et al. US 4.842.649 dont la caractéristique et le mode de fabrication sont identifiés par la norme US ASTM C618-85 sur les matériaux pouzzolaniques naturels calcinés. In general, the industrial products known under the names of low temperature or high temperature calcined kaolins, intended for the paper industry, and commonly called metakaolin, are not suitable in the context of the invention, for the reasons explained above. The same is true of metakaolins produced by cement manufacturers, in a rotary kiln, by rapid cooking. This is for example the case for the Heitzmannn et al. US 4,842,649, the characteristic and manufacturing method of which are identified by the US ASTM C618-85 standard on calcined natural pozzolanic materials.

La fabrication de l'oxyde alumino-silicate (Si2Os,A1202)1V-V est réalisée en traitant entre 650'C et 800au des argiles kaolinitiques. La calcination à cette température nécessite moins de 30% en énergie, si on la compare à l'énergie dépensée pour la calcination du clinker portland. Elle ne généré que très peu de C02 si l'on utilise des combustibles fossiles, et pas du tout de CO2 si l'on emploi de l'électricité. Les sables kaolinitiques peuvent servir de matière premiere, ainsi que certaines argiles contenant à la fois de la kaolinite, de la montmorionite et de l'illite; de même les sols latéritiques et les latérites contenant de la kaolinite.Des tests effectués sur des pyrophilites montrent que ces matériaux sont aptes à la géopolymerisation. The manufacture of alumino-silicate oxide (Si2Os, A1202) 1V-V is carried out by treating kaolinitic clays between 650 ° C. and 800 ° C.. Calcination at this temperature requires less than 30% energy, compared to the energy expended for the calcination of portland clinker. It generates very little CO2 if you use fossil fuels, and no CO2 at all if you use electricity. Kaolinitic sands can be used as raw material, as well as some clays containing both kaolinite, montmorionite and illite; the same applies to lateritic soils and laterites containing kaolinite. Tests carried out on pyrophilites show that these materials are suitable for geopolymerization.

L'homme de l'art comprendra l'intérêt d'avoir à sa disposition un procédé permettant de réduire très sensiblement la quantité de gaz C02 générée par la fabrication des ciments. Les ciments géopolymères, non-générateurs de gaz C02, pourront être employés seuls, ou additionnés de ciment portland. Ainsi, dans un premier temps, on peut tres facilement concevoir l'utilisation de mélanges comprenant 50 à 90 parties de ciment portland et 10 à 50 parties de ciment géopolymêre selon la présente invention. Those skilled in the art will understand the advantage of having at their disposal a method making it possible to very appreciably reduce the quantity of CO 2 gas generated by the manufacture of cements. Geopolymer cements, which do not generate C02 gas, can be used alone, or with the addition of Portland cement. Thus, initially, it is very easy to conceive of the use of mixtures comprising 50 to 90 parts of portland cement and 10 to 50 parts of geopolymer cement according to the present invention.

Ces mélanges réduisent déjà de 10 à 50% la quantité de gaz C02 résultant de la réaction de calcination du carbonate de calcium. Dans ces cas, le ciment portland réagissant par flash-set avec l'alcalinité du ciment géopolymere, il y aura lieu d'ajouter un agent retardateur comme le citrate de potassium ou l'acide citrique, ou tout autre agent employé dans l'activation alcaline du ciment portland.These mixtures already reduce the quantity of CO 2 gas resulting from the calcination reaction of calcium carbonate by 10 to 50%. In these cases, since the portland cement reacts by flash-set with the alkalinity of the geopolymer cement, it will be necessary to add a retarding agent such as potassium citrate or citric acid, or any other agent used in the activation. alkaline portland cement.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux ciments géopolymères et au procédé qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple, sans sortir du cadre de l'invention. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art to the geopolymer cements and to the process which have just been described by way of example only, without departing from the scope of the invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1) Procédé permettant l'obtention d'un ciment géopolymêre, sans émanation de gaz1) Process for obtaining a geopolymer cement, without gas emanation CO2, le dit ciment étant obtenu à partir d'une composition minérale géopolymèrique, en poudre, contenant les trois éléments réactifs suivantes:CO2, the said cement being obtained from a geopolymeric mineral composition, in powder form, containing the following three reactive elements: a) un oxyde alumino-silicate {9[Si2O5,Al2O2],[Si2O5,Al2(OH)3]}, ou pour a) an alumino-silicate oxide {9 [Si2O5, Al2O2], [Si2O5, Al2 (OH) 3]}, or for simplifier dans ce qui suit, (Si2Os,A1202)1V-V ayant le cation Ai en coordination simplify in the following, (Si2Os, A1202) 1V-V having the cation Ai in coordination (IV-V) comme déterminé par le spectre d'analyse en Résonance Magnétique (IV-V) as determined by the Magnetic Resonance analysis spectrum Nucléaire MAS-NMR pour 27AI; Nuclear MAS-NMR for 27AI; b) une melilite vitreuse alcaline de sodium et/ou de potassium (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe2+,Al,Si)307];; b) an alkaline glassy melilite of sodium and / or potassium (Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe2 +, Al, Si) 307] ;; c) une melilite vitreuse de calcium Ca2[(Mg,Fe+,Al,Si)3O7] c) a vitreous calcium melilite Ca2 [(Mg, Fe +, Al, Si) 3O7] 2) Procédé selon la revendication 1) caractérisée en ce que pendant l'activation alcaline du dit ciment, il se forme in-situ un disilicate alcalin, de sodium et/ou de potassium, (Na2,K2)(H3SiO4)2 et un disilicate de calcium Ca(H3SiO4)2 de tel sorte que les rapports molaires entre les éléments réactifs (Si2O5 Ai2 O2) 1V-V, (Na2 ,K2) (H3SiO4)2, 2) Method according to claim 1) characterized in that during the alkaline activation of said cement, an alkali disilicate, sodium and / or potassium, (Na2, K2) (H3SiO4) 2 and a calcium disilicate Ca (H3SiO4) 2 such that the molar ratios between the reactive elements (Si2O5 Ai2 O2) 1V-V, (Na2, K2) (H3SiO4) 2, Ca(H3SiO4)2, soient égaux ou compris entreCa (H3SiO4) 2, are equal to or between {(Na2,K2)(H3SiO4)2}/(Si2O5,Al2O2)IV-V 0,40 et 0,60 {(Na2, K2) (H3SiO4) 2} / (Si2O5, Al2O2) IV-V 0.40 and 0.60 Ca(H3SiO4)2i(Si2O5,Ai2O2)1V-V 0,60 et 0,40 Ca (H3SiO4) 2i (Si2O5, Ai2O2) 1V-V 0.60 and 0.40 et {(Na2,K2)(H3SiO4)2+Ca(H3SiO4)2}/(Si2O5,Al2O2)IV-V V 1,0 and {(Na2, K2) (H3SiO4) 2 + Ca (H3SiO4) 2} / (Si2O5, Al2O2) IV-V V 1.0 le durcissement par activation alcaline du dit ciment géopolymere correspond à la formation d'un géopolymêre de type (Ca,Na,K)-poly(sialate-siloxo) de formule variant entre the hardening by alkaline activation of said geopolymer cement corresponds to the formation of a geopolymer of (Ca, Na, K) -poly (sialate-siloxo) type of formula varying between [0,6(Na,K)+O,2Ca](-Si-O-Al-O-Si-O-),H2O [0.6 (Na, K) + O, 2Ca] (- Si-O-Al-O-Si-O -), H2O et and [0,4(Na,K)+0,3Ca](-Si-O-Al-O-Si-O-),H2O [0.4 (Na, K) + 0.3Ca] (- Si-O-Al-O-Si-O -), H2O 3) Procédé selon la revendication 2) caractérisé en ce que lorsque la dite melilite alcaline est du type sodique le dit disilicate alcalin est le disilicate de sodium Na2(H3SiO4)2; le durcissement par activation alcaline du dit ciment géopolymère correspond à la formation d'un géopolymère de type (Ca,Na)-poly(sialate-siloxo) de formule variant entre3) Method according to claim 2) characterized in that when said alkaline melilite is of the sodium type, said alkali disilicate is sodium disilicate Na2 (H3SiO4) 2; the hardening by alkaline activation of said geopolymer cement corresponds to the formation of a geopolymer of the (Ca, Na) -poly (sialate-siloxo) type of formula varying between (0,6Na+0,2Ca) (-Si-O-AI-O-Si-O-) ,H2O (0.6Na + 0.2Ca) (-Si-O-AI-O-Si-O-), H2O et and (0,4Na+0,3Ca) (-Si-O-AI-O-Si-O-) ,H2O (0.4Na + 0.3Ca) (-Si-O-AI-O-Si-O-), H2O 4) Procédé selon la revendication 2) caractérisé en ce que lorsque la dite melilite alcaline est du type potassique le dit disilicate alcalin est le disilicate de potassium4) Method according to claim 2) characterized in that when said alkaline melilite is of the potassium type, said alkali disilicate is potassium disilicate K2(H3SiO4)2; le durcissement par activation alcaline du dit ciment géopolymère correspond à la formation d'un géopolymère de type (Ca,K)-poly(sialate-siloxo) de formule variant entreK2 (H3SiO4) 2; the hardening by alkaline activation of said geopolymer cement corresponds to the formation of a geopolymer of (Ca, K) -poly (sialate-siloxo) type of formula varying between (0,6K+0,2Ca)(-Si-O-Al-O-Si-O-),H2O (0.6K + 0.2Ca) (- Si-O-Al-O-Si-O -), H2O et and (0,4K+0,3Ca) (-Si-O-AI-O-Si-O-) ,H2O (0.4K + 0.3Ca) (-Si-O-AI-O-Si-O-), H2O 5) Ciment géopolymere, en poudre, obtenu selon l'une quelconque des revendications 1) à 4) contenant::5) Geopolymer cement, powder, obtained according to any one of claims 1) to 4) containing: a) 100 parties en poids d'oxyde alumino-silicate a) 100 parts by weight of alumino-silicate oxide {9[Si2O5,Ai2O2],ISi2O5,Ai2(OH)3]), ou pour simplifier, (5i2O5.Ai2O2)1V-V, ayant le {9 [Si2O5, Ai2O2], ISi2O5, Ai2 (OH) 3]), or to simplify, (5i2O5.Ai2O2) 1V-V, having the cation Ai en coordination (IV-V) comme déterminé par le spectre d'analyse en cation Ai in coordination (IV-V) as determined by the analysis spectrum in Résonance Magnétique Nucléaire MAS-NMR pour 27AI, MAS-NMR Nuclear Magnetic Resonance for 27AI, et and b) 30 à 100 parties en poids de melilite alcaline vitreuse b) 30 to 100 parts by weight of alkaline vitreous melilite (Ca,Na,K)2[(Mg,Fe+,Al,Si)3O7] de granulométrie moyenne 10 microns (Ca, Na, K) 2 [(Mg, Fe +, Al, Si) 3O7] with an average particle size of 10 microns et and c) 30 à 100 parties en poids de melilite calcique vitreuse c) 30 to 100 parts by weight of vitreous calcium melilite Ca2[(Mg,Fe+,Al,Si)3O7] de granulométrie moyenne 10 microns. Ca2 [(Mg, Fe +, Al, Si) 3O7] with an average particle size of 10 microns. 6) Ciment géopolymère obtenu selon la revendications 5), caractérisé en ce que, après activation alcaline et durcissement, le cation Ai est entièrement en coordination (IV) comme déterminé par le spectre d'analyse en Résonance Magnétique Nucléaire MAS6) Geopolymer cement obtained according to claim 5), characterized in that, after alkaline activation and hardening, the cation Ai is entirely in coordination (IV) as determined by the MAS Nuclear Magnetic Resonance analysis spectrum NMR pour 27A1, et le degré de polymérisation du tétraedre SiO4 est (Q4) comme déterminé par le spectre MAS-NMR pour 29Si.NMR for 27A1, and the degree of polymerization of the SiO4 tetrahedron is (Q4) as determined by the MAS-NMR spectrum for 29Si. 7) Ciment géopolymère selon la revendication 6), , caractérisé en ce que, après activation alcaline et durcissement, le rapport entre la concentration en cation Al de coordination (rv) et la concentration en cation Al de coordination (VI) est: Al(IV)/Al(VI)# 1. 7) Geopolymer cement according to claim 6), characterized in that, after alkaline activation and hardening, the ratio between the concentration of coordinating Al cation (rv) and the concentration of coordinating Al cation (VI) is: Al ( IV) / Al (VI) # 1. (Q4)/(Qo)+(Q1)+(Q2) 2 1. (Q4) / (Qo) + (Q1) + (Q2) 2 1. et le rapport entre la concentration en tétraèdre SiO4 (Q4) et la concentration en tétraèdre SiO4 (Qo)+(Q1)+(Q2) est: and the ratio between the concentration of tetrahedron SiO4 (Q4) and the concentration of tetrahedron SiO4 (Qo) + (Q1) + (Q2) is: MAS-NMR pour 27Ai, MAS-NMR for 27Ai, comme déterminé par le spectre d'analyse en Résonance Magnétique Nucléaire as determined by the Nuclear Magnetic Resonance analysis spectrum MAS-NMR pour 29Si.MAS-NMR for 29Si. comme déterminé par le spectre d'analyse en Résonance Magnétique Nucléaire as determined by the Nuclear Magnetic Resonance analysis spectrum 8) Ciment composé, en poudre, contenant:8) Compound cement, powder, containing: a) 50 à 90 parties en poids de ciment portland a) 50 to 90 parts by weight of portland cement et and b) 10 à 50 parties en poids de ciment géopolymère selon l'une quelconque des b) 10 to 50 parts by weight of geopolymer cement according to any one of revendications 5) à 7). claims 5) to 7).
FR9015144A 1990-12-04 1990-12-04 PROCESS FOR OBTAINING A GEOPOLYMER CEMENT, WITHOUT EMISSION OF CARBONIC GAS CO2 AND PRODUCTS OBTAINED BY THIS PROCESS. Expired - Fee Related FR2669918B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9015144A FR2669918B3 (en) 1990-12-04 1990-12-04 PROCESS FOR OBTAINING A GEOPOLYMER CEMENT, WITHOUT EMISSION OF CARBONIC GAS CO2 AND PRODUCTS OBTAINED BY THIS PROCESS.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9015144A FR2669918B3 (en) 1990-12-04 1990-12-04 PROCESS FOR OBTAINING A GEOPOLYMER CEMENT, WITHOUT EMISSION OF CARBONIC GAS CO2 AND PRODUCTS OBTAINED BY THIS PROCESS.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2669918A1 true FR2669918A1 (en) 1992-06-05
FR2669918B3 FR2669918B3 (en) 1993-02-19

Family

ID=9402862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9015144A Expired - Fee Related FR2669918B3 (en) 1990-12-04 1990-12-04 PROCESS FOR OBTAINING A GEOPOLYMER CEMENT, WITHOUT EMISSION OF CARBONIC GAS CO2 AND PRODUCTS OBTAINED BY THIS PROCESS.

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2669918B3 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995013995A1 (en) * 1993-11-18 1995-05-26 Joseph Davidovits Geopolymeric cement and methods for preparing same
EP0895971A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-10 "HOLDERBANK" Financière Glarus AG Alkaline sulfoaluminosilicate hydraulic cement and process for its manufacture
EP0895972A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-10 "HOLDERBANK" Financière Glarus AG Alkaline aluminoferrosilicate hydraulic cement
FR2839970A1 (en) 2002-05-27 2003-11-28 Joseph Davidovits Geopolymer cement useful for building comprises mellilite, aluminosilicate and quartz particles in an amorphous vitreous matrix comprising a poly(sialate-disiloxo) geopolymer
US6908507B2 (en) 2001-04-13 2005-06-21 Co2 Solution Inc. Process and a plant for the production of Portland cement clinker
WO2005061609A1 (en) * 2003-12-19 2005-07-07 Hexion Specialty Chemicals Inc Latex composite particles covered by a mineral phase comprising at least one hydrated alkali earth silicate which is insoluble in water, preparations and uses thereof
US7160844B2 (en) * 2003-11-04 2007-01-09 Global Synfrac Inc. Proppants and their manufacture
US7691198B2 (en) 2006-03-29 2010-04-06 Zeobond Research Pty Ltd Dry mix cement composition, methods and systems involving same
WO2011003918A1 (en) 2009-07-06 2011-01-13 Banah Uk Ltd. Geopolymeric structural building units and methods of manufacture thereof
WO2012056125A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Joseph Davidovits Geopolymer cement of the calcium ferro-aluminosilicate polymer type and production process
US10544060B2 (en) 2015-03-27 2020-01-28 Hoffmann Green Cement Technologies Composition for metakaolin construction material, related method for manufacturing said composition, and use for producing construction elements
CN116535169A (en) * 2023-05-24 2023-08-04 中建西部建设北方有限公司 Carbon-absorbing carbon-fixing concrete and preparation method thereof
WO2023208755A1 (en) 2022-04-27 2023-11-02 Evonik Operations Gmbh Storage of carbon dioxide released from lime

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2353307A1 (en) 2001-07-13 2003-01-13 Carmen Parent Device and procedure for processing gaseous effluents
CA2405635A1 (en) 2002-09-27 2004-03-27 C02 Solution Inc. A process and a plant for the production of useful carbonated species and for the recycling of carbon dioxide emissions from power plants

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995013995A1 (en) * 1993-11-18 1995-05-26 Joseph Davidovits Geopolymeric cement and methods for preparing same
EP0895971A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-10 "HOLDERBANK" Financière Glarus AG Alkaline sulfoaluminosilicate hydraulic cement and process for its manufacture
EP0895972A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-10 "HOLDERBANK" Financière Glarus AG Alkaline aluminoferrosilicate hydraulic cement
WO1999007649A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-18 Holderbank Financiere Glarus Ag Alkaline aluminoferrosilicate hydraulic cement
WO1999007650A1 (en) * 1997-08-08 1999-02-18 'holderbank' Financiere Glarus Ag Alkaline sulfoaluminosilicate hydraulic cement and process for its manufacture
US6908507B2 (en) 2001-04-13 2005-06-21 Co2 Solution Inc. Process and a plant for the production of Portland cement clinker
FR2839970A1 (en) 2002-05-27 2003-11-28 Joseph Davidovits Geopolymer cement useful for building comprises mellilite, aluminosilicate and quartz particles in an amorphous vitreous matrix comprising a poly(sialate-disiloxo) geopolymer
WO2003099738A1 (en) * 2002-05-27 2003-12-04 Cordi-Geopolymere Sa Poly(sialate-disiloxo)-based geopolymeric cement and production method thereof
US7160844B2 (en) * 2003-11-04 2007-01-09 Global Synfrac Inc. Proppants and their manufacture
WO2005061609A1 (en) * 2003-12-19 2005-07-07 Hexion Specialty Chemicals Inc Latex composite particles covered by a mineral phase comprising at least one hydrated alkali earth silicate which is insoluble in water, preparations and uses thereof
US7691198B2 (en) 2006-03-29 2010-04-06 Zeobond Research Pty Ltd Dry mix cement composition, methods and systems involving same
WO2011003918A1 (en) 2009-07-06 2011-01-13 Banah Uk Ltd. Geopolymeric structural building units and methods of manufacture thereof
WO2012056125A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Joseph Davidovits Geopolymer cement of the calcium ferro-aluminosilicate polymer type and production process
FR2966823A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-04 Joseph Davidovits CA-POLY-TYPE GEOPOLYMER CEMENT (FERRO-SIALATE) AND PROCESS FOR OBTAINING SAME
CN103282325A (en) * 2010-10-29 2013-09-04 约瑟夫·达维多维茨 Geopolymer cement of the calcium ferro-luminosilicate polymer type and production process
US10544060B2 (en) 2015-03-27 2020-01-28 Hoffmann Green Cement Technologies Composition for metakaolin construction material, related method for manufacturing said composition, and use for producing construction elements
WO2023208755A1 (en) 2022-04-27 2023-11-02 Evonik Operations Gmbh Storage of carbon dioxide released from lime
CN116535169A (en) * 2023-05-24 2023-08-04 中建西部建设北方有限公司 Carbon-absorbing carbon-fixing concrete and preparation method thereof
CN116535169B (en) * 2023-05-24 2024-05-28 中建西部建设北方有限公司 Carbon-absorbing carbon-fixing concrete and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
FR2669918B3 (en) 1993-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Reddy et al. Mix design development of fly ash and ground granulated blast furnace slag based geopolymer concrete
Huseien et al. Compressive strength and microstructure of assorted wastes incorporated geopolymer mortars: Effect of solution molarity
Mehta et al. Sulfuric acid resistance of fly ash based geopolymer concrete
Ahmed et al. Fabrication of thermal insulation geopolymer bricks using ferrosilicon slag and alumina waste
Alehyen et al. Characterization, microstructure and properties of fly ash-based geopolymer
Škvára et al. Geopolymer materials based on fly ash
Almalkawi et al. One-part alkali activated cement based volcanic pumice
FR2669918A1 (en) Process for obtaining a geopolymer cement without emission of carbon dioxide CO2 and products obtained by this process
Roy et al. Alkali activated cementitious materials: an overview
EA000871B1 (en) Inorganic binder composition
NZ527772A (en) Alkali activated fly ash based geopolymer cements and methods for their production
EP1507749A1 (en) Poly(sialate-disiloxo)-based geopolymeric cement and production method thereof
Kani et al. Investigating shrinkage changes of natural pozzolan based geopolymer cement paste
FR2758323A1 (en) METHODS OF MANUFACTURING GEOPOLYMERIC CEMENTS AND CEMENTS OBTAINED BY THESE METHODS
Azevedo et al. Kaolin, fly-ash and ceramic waste based alkali-activated materials production by the “one-part” method
Diop et al. Low temperature process to create brick
US5288321A (en) Method for eliminating the alkali-aggregate reaction in concretes and cement thereby obtained
Mahmoud et al. Resistance of alkali-activated slag to sulphate attack and elevated temperatures
Onori et al. Bottom Ash‐Based Geopolymer Materials: Mechanical and Environmental Properties
WO1995013995A1 (en) Geopolymeric cement and methods for preparing same
Škvára et al. Alkali-activated fly ash geopolymeric materials
Khater et al. Fabrication of sustainable geopolymer mortar incorporating granite waste
Dabić et al. Implementation of natural and artificial materials in Portland cement
Tupayachy-Quispe et al. Peruvian volcanic ashes as new alternative material in geopolymer preparation: influence of dissolution concentration and wear resistance
Enoh et al. Effect of Sodium Silicate to Hydroxide Ratio and Sodium Hydroxide Concentration on the Physico-Mechanical Properties of Geopolymer Binders

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse