Caractérisation des échantillons

La demande en produits devant satisfaire des critères de qualité élevés et les exigences toujours plus spécifiques relatives à leurs composants requièrent des solutions efficaces. CEMTEC a pour objectif d’adapter toutes les étapes du processus, du début de la production aux produits semi-finis ou finis, de manière optimale aux besoins de ses clients. À cet effet, il convient de déterminer la broyabilité, la consommation d’énergie et les propriétés chimiques du matériau entrant.

Toutes les caractéristiques requises pour la conception d’installations sur mesure sont identifiées dans notre laboratoire et notre centre technique. Ces données constituent la condition préalable pour les calculs ultérieurs et la définition des paramètres de conception.


Densité

Le traitement des matières premières porte toujours sur des mélanges de différents composants. La définition précise de la densité ou de la masse volumique apparente constitue donc un paramètre fondamental pour la conception globale du processus et le calcul des flux de matières. En effet, elle sert de base pour la modélisation empirique ainsi que pour les calculs analytiques. De plus, une composition minéralogique inconnue peut, dans une certaine mesure, être caractérisée grâce à sa masse volumique.

Dans son laboratoire interne, CEMTEC peut déterminer

  • la masse volumique et
  • la masse volumique apparente

des matières en vrac ou compactées.

Les différentes densités sont déterminées à l’aide d’instruments d’essai classiques et des appareils modernes tels que :

  • Pycnomètres à liquide
  • Récipients de mesure normalisés ou
  • Pycnomètres à hélium.

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Surface

Outre l’analyse granulométrique, la mesure de la surface spécifique d’un échantillon représente la caractéristique la plus importante. À ce titre, elle sert souvent de référence aux fins de contrôle qualité ou de comparaison qualitative dans la production. Il s’agit d’un paramètre essentiel pour la caractérisation des solides poreux et pulvérulents ainsi qu’un indicateur clair pour la nouvelle surface lors de la détermination du degré de fragmentation optimal. C'est pourquoi une analyse de produit doit impérativement comporter une mesure de la surface.

En laboratoire, la surface peut être analysée de deux manières :

  • selon le test de Blaine et
  • selon la méthode BET.

La méthode Blaine repose sur le principe de la mesure du temps mis par un volume d’air donné pour traverser un échantillon défini. Grâce à la densité, aux constantes de l’appareil, à un échantillon de référence normalisé et à la viscosité de l’air, il est ainsi possible de calculer la surface spécifique. L’appareil mis au point par CEMTEC permet de mesurer des surfaces spécifiques de 100 à 50 000 Blaine (ou cm²/g).

La détermination de la surface selon la méthode BET, du nom des inventeurs Brunauer, Emmett et Teller, est fondée sur la capacité des solides à adsorber les molécules de gaz à leur surface. Si l’on connaît l’isotherme d’adsorption du gaz (généralement de l’azote), il est possible de calculer le nombre de molécules de gaz adsorbées. La surface de l’échantillon s’obtient en multipliant ce nombre avec la superficie requise de la molécule, par exemple 16,2 x 10-20m² dans le cas de l’azote.

Analyse granulométrique

La caractérisation complète d’un produit implique nécessairement une analyse granulométrique. Cette analyse a pour résultat la distribution granulométrique, qui permet de calculer diverses caractéristiques. La distribution granulométrique d’un produit a une incidence fondamentale sur ses propriétés. CEMTEC fait appel à différentes méthodes en fonction de la taille des particules :

  • Tamisage par tamisage manuel, colonne de tamis et tamiseuse à jet d’air
  • Sédimentation
  • Diffraction laser

La distribution granulométrique obtenue dépend également du principe de mesure appliqué. C’est pourquoi les spécialistes de CEMTEC élaborent conjointement avec le client la méthode d’analyse granulométrique la mieux adaptée au produit souhaité afin de garantir une caractérisation optimale.

Notre laboratoire permet de réaliser toutes les mesures granulométriques présentées ci-dessus. Nous disposons à cet effet du matériel suivant :

  • Nombreux tamis manuels
  • Tamiseuse vibrante Retsch
  • Tamiseuse à jet d’air Hosokawa Alpine
  • SediGraph II Micromeritics
  • Mastersizer 2000 Malvern
  • Mastersizer 3000 Malvern

Analyse d’humidité

Différentes méthodes peuvent être utilisées pour déterminer le taux d’humidité, notamment la dessiccation (séchage), la méthode Karl Fischer, l’absorption d’infrarouges (humidité superficielle), etc. Outre la méthode Karl Fischer, la dessiccation est le procédé de détermination de l’humidité des matières en vrac principalement employé en laboratoire. Cette méthode d’analyse gravimétrique très précise est également utilisée dans le laboratoire de CEMTEC. Dans de nombreux cas, le taux d’humidité de la matière à traiter est, parallèlement à la finesse du produit, déterminant pour le choix du broyeur optimal ainsi que de la conception des divers éléments de manutention des matériaux tels que goulottes et trémies.

L’humidité des produits est analysée selon le procédé susmentionné à l’aide des dispositifs suivants :

  • Étuve tmax = 300 °C pour une quantité d’échantillon mmax = env. 50 kg
  • Analyseur d’humidité A&D MX-50 pour les matières pulvérulentes non combustibles tmax = 200 °C, mmax = 10 g

Il existe également une autre solution, qui consiste à déterminer la fraction massique des composants volatils ou la perte au feu dans un four chauffé à une température maximale de 1 300 °C.