Chaux vive

Dans l'essai d'extinction humide de l'EN 459-2, 150 g de chaux sont introduits dans 600 mL d'eau à 20 °C et l'on relève le temps mis pour atteindre 60 °C : c'est le t60. Une à deux minutes signalent une chaux cuite à basse température, très réactive ; au-delà de six minutes, une chaux surcuite et lente. L'essai est simple, mais son résultat dépend de la coupure granulométrique testée — si celle-ci n'est pas précisée, le chiffre n'est pas comparable.

C'est le procédé qui dit quelle réactivité est la bonne. En désulfuration de la fonte, la chaux injectée dispose d'une fenêtre de 8 à 15 minutes pour se dissoudre ; un extincteur continu produisant du lait de chaux travaille avec 10 à 20 minutes de séjour. À l'inverse, un four à carbure de calcium ou une extinction discontinue ne veulent pas d'un produit trop réactif : ébullition soudaine, projections et charge de vapeur que l'équipement n'a pas été dimensionné pour encaisser.

L'erreur courante consiste à ne spécifier que le t60. Un même t60 peut s'accompagner d'une élévation totale très différente : un produit pauvre en CaO disponible démarre vite et s'arrête tôt, sa courbe s'aplatissant avant 45 K. Évaluer la réactivité, c'est lire t60 et Δt ensemble ; n'exiger que l'un des deux laisse un mauvais lot paraître conforme au contrat.

La décomposition de la calcite atteint l'équilibre vers 898 °C sous une atmosphère ; en pratique les fours travaillent entre 950 et 1150 °C. Si la température est basse ou le séjour trop court, du CaCO₃ non décomposé subsiste au cœur du grain : un incuit. Il augmente la perte au feu et abaisse le CaO disponible — un poids mort transporté, broyé et facturé sans rien apporter au procédé.

À l'autre extrême, la surcuisson. Un grain maintenu trop longtemps à haute température voit ses cristaux de CaO grossir, sa porosité se refermer et sa surface spécifique passer de 1–3 m²/g à moins de 0,5 m²/g. La chaux surcuite réagit lentement à l'eau et finit en refus dans l'extincteur. Les impuretés accélèrent le phénomène : SiO₂ et Al₂O₃ présents dans le carbonate de calcium naturel amorcent le frittage à plus basse température et rabaissent la réactivité dans une mesure que l'analyse chimique ne montre pas.

Incuits et grains surcuits peuvent coexister dans un même lot ; avec une plage large comme 0–90 mm passant le même temps dans le même four, c'est inévitable. La conséquence pratique est simple : resserrer la coupure granulométrique resserre aussi la plage de réactivité. Demander du 10–40 mm dans un cahier des charges n'est pas qu'une question de manutention, c'est une exigence de régularité au sein du lot.

Le CaO total est la teneur élémentaire en calcium mesurée par XRF, et il compte aussi le calcium lié sous forme de carbonate ou de sulfate. Le CaO disponible, lui, est déterminé par extraction au saccharose puis titrage : il donne la fraction réellement capable de s'hydrater et de réagir. L'écart entre les deux, ce sont littéralement des incuits, une surface carbonatée et des grains surcuits.

Le dosage doit toujours se calculer sur le CaO disponible. Un produit à 96 % de CaO total mais 88 % de CaO disponible se consomme environ 4,5 % plus vite qu'un produit à 92 % pour le même travail. Si le prix à la tonne est identique, le coût réel ne l'est pas : l'unité de comparaison entre fournisseurs n'est pas la tonne mais la tonne de CaO disponible. Dans la plupart des usines, cette seule correction se lit dans le budget réactifs annuel.

La stoechiométrie part du même chiffre : 56 g/mol de CaO deviennent 74 g/mol de Ca(OH)₂, donc 1 kg de CaO disponible équivaut à 1,32 kg de chaux éteinte et neutralise 2 moles de H⁺. Prévoyez une marge pour les pertes au stockage : une surface qui s'hydrate puis se carbonate en silo perd du CaO disponible au fil des mois, d'où une marge de sécurité usuelle de 3 à 5 %.

La chaux en morceaux (10–40 et 40–90 mm) est chargée directement au four à arc et au convertisseur, alimente les extincteurs discontinus et génère le moins de poussière en vrac. Le 0–3 mm concassé est l'alimentation standard des extincteurs continus et des lignes de lait de chaux. La chaux broyée (≥ 90 % sous 90 µm) est destinée à l'injection sèche de sorbant, à l'épandage sur sol et aux mortiers secs.

Une coupure inadaptée se paie de deux manières. Un produit trop fin s'échauffe très vite à l'extinction, s'agglomère, et sa surface externe s'hydrate avant que l'eau n'atteigne le cœur — c'est ce qu'on appelle brûler la chaux à l'extinction, et le résultat est un hydrate à gros cristaux et faible surface. Un produit trop grossier ne s'éteint pas jusqu'au centre : refus et résidus augmentent, et une matière criblée porteuse de CaO disponible part au rebut.

La coupure commande aussi le stockage et le transport. La chaux broyée ne coule pas librement et forme des voûtes dans le cône : air de fluidisation, extracteur vibrant et angle de cône correct doivent figurer dans la conception. La chaux en morceaux s'écoule bien mais s'éteint si elle prend l'humidité, gonfle d'environ le double de son volume et forme une croûte dure soudée à la paroi du silo. Dans les deux cas, garder sec le filtre d'évent du silo est la précaution la moins chère de l'installation.

La réaction CaO + H₂O → Ca(OH)₂ dégage environ 65 kJ/mol, soit 1150 kJ par kg de CaO. Éteindre une tonne de chaux libère 1,15 GJ : de quoi porter près de 3,4 m³ d'eau de 20 °C à l'ébullition. Le vrai travail d'un extincteur n'est pas de déclencher la réaction, mais d'évacuer cette chaleur de manière maîtrisée.

Pour le lait de chaux, le rapport eau/chaux est typiquement de 3,5–5:1 ; pour l'hydrate sec, de 0,4–0,6:1, avec une température d'extinction visée de 80 à 95 °C. En dessous, on obtient ébullition locale, dégagement de vapeur et hydrate à gros cristaux. Une extinction trop froide (sous 40 °C) donne un Ca(OH)₂ grossier et peu développé : il décante vite et affadit la courbe de dosage — plus de produit pour le même pH. La température d'extinction est donc un paramètre mesuré et consigné, pas un détail d'observation.

Toute extinction laisse un refus non réagi, de l'ordre de 2 à 5 % avec une bonne chaux, séparé par hydrocyclone ou criblage. Si ce taux grimpe brusquement, vérifiez d'abord la température de l'eau d'extinction et le débit d'alimentation avant de mettre en cause la chaux. Le lait de chaux fabriqué sur site rend le même service sur les lignes de traitement des eaux et des eaux usées qu'une suspension d'hydrate achetée ; la différence est que sa finesse dépend de vos conditions d'extinction — la variable reste chez vous.

En sidérurgie et métallurgie, la chaux est le formateur de laitier : elle porte la basicité (CaO/SiO₂) dans la plage usuelle de 2,8 à 4,0 et fixe soufre et phosphore hors du métal. Mais le coefficient de partage du soufre ne dépend pas que de la basicité : l'activité de l'oxygène dans le laitier et la température comptent autant. Dans un laitier oxydant, ajouter de la chaux au-delà d'un certain point ne baisse plus le soufre ; cela augmente seulement le volume de laitier et la perte en métal.

Réactivité et granulométrie agissent ici par la vitesse de dissolution. Une chaux surcuite se dissout tard au convertisseur, le laitier se forme tard, et projections et usure du réfractaire augmentent en début de soufflage. En désulfuration de la fonte, la chaux fine injectée (0–1 mm) est utilisée en mélange avec du magnésium ou du carbure de calcium, avec un temps de contact de quelques minutes ; là, la réactivité est le rendement, et le rendement, la consommation de chaux.

Le poste impuretés est souvent plus décisif que le prix. Chaque point de SiO₂ supplémentaire dans la chaux impose un supplément de chaux pour tenir la cible de basicité : un point de pourcentage représente plusieurs kilogrammes de chaux en plus par tonne d'acier, et le laitier qui va avec. Une faible teneur en impuretés, c'est aussi moins de laitier, moins de pertes thermiques et moins de métal entraîné — c'est là que le choix de la chaux entre dans le coût à la coulée.

En amélioration et stabilisation des sols, le CaO agit d'abord comme agent d'assèchement. Il fixe l'eau chimiquement par hydratation, la chaleur dégagée accélère l'évaporation, et la maniabilité d'un sol argileux change en quelques heures. En pratique, 1 % de CaO abaisse la teneur en eau d'environ 0,5 à 1,5 point ; après une pluie, c'est souvent ce premier effet qui sauve le planning du chantier.

Le second métier est plus lent et c'est lui qui apporte la résistance. Dès que le pH de l'eau interstitielle atteint 12,4, silice et alumine se dissolvent des minéraux argileux et se combinent au calcium en silicates et aluminates de calcium hydratés. Ce gain pouzzolanique se joue sur des jours et des semaines ; la performance se juge à 7 et 28 jours en résistance à la compression simple ou en CBR, et une mesure prise juste après malaxage est trompeuse. Le dosage part de l'essai Eades–Grim (ASTM D6276) et se situe typiquement entre 2 et 5 %.

Sur les chantiers d'infrastructure routière et d'enrobés, trois variables décident du résultat : la finesse du malaxage, le temps de cure et la fenêtre de compactage. Sur sol traité à la chaux, le compactage doit normalement s'achever dans les 2 à 4 heures suivant le malaxage ; tout retard se paie en densité. Et lorsque la teneur en sulfates dépasse 0,3 %, aucune décision de traitement à la chaux ne devrait être prise sans validation en laboratoire, en raison de la formation d'ettringite et du gonflement qui s'ensuit.

En traitement des fumées, la chaux vive rencontre rarement les gaz acides directement. Deux voies dominent : le CaO est envoyé dans un hydrateur sur site, converti en Ca(OH)₂ puis injecté comme sorbant sec ; ou bien il est éteint en lait de chaux et pulvérisé dans le flux gazeux au sein d'un absorbeur semi-humide. Dans les deux cas, ce que l'usine stocke et transporte, c'est du CaO : plus de matière active à la tonne et un volume de stockage réduit.

Le rendement tient à la surface du sorbant, pas à sa chimie. En injection sèche, un hydrate de 20–40 m²/g de surface spécifique capte 70 à 90 % du SO₂ à un rapport molaire Ca/S de 2 à 3 ; un hydrate peu développé exige un rapport nettement plus élevé pour le même résultat. En absorbeur semi-humide, la vapeur d'eau accélère la réaction et le Ca/S descend à 1,2–1,6 — mais la température d'approche, les 10 à 20 K restant avant la saturation adiabatique, devient alors le paramètre critique.

La composition des gaz acides entre également en jeu. HCl et HF sont captés bien plus facilement que le SO₂ ; là où HCl domine, on obtient un rendement élevé même à faible Ca/S, tandis que là où SO₂ domine, la qualité du sorbant et la température du réacteur passent au premier plan. Le dosage doit être asservi à la mesure en cheminée plutôt que fixe : à charge variable, une dose figée dépasse la limite ou gaspille du sorbant et produit du résidu.