La pierre artificielle a fait son apparition aux États-Unis dans les années 1960. Elle est fabriquée à partir de résine polyester insaturée, à laquelle sont ajoutés des charges, des pigments et une petite quantité d’initiateur, selon un procédé de fabrication spécifique. Ce produit se caractérise non seulement par un procédé de synthèse simple, un cycle de production court et un faible coût, mais aussi par d’excellentes performances. Il présente une résistance mécanique, une rigidité, une imperméabilité, une résistance au vieillissement et à la corrosion suffisantes, ainsi que d’autres propriétés, et est largement utilisé dans diverses applications de décoration architecturale.

La pierre artificielle à base de résidus miniers mise au point par l’Institut général de recherche sur les mines et la métallurgie de Pékin utilise des résidus miniers comme granulat principal et du 5Mg(OH)₂ · MgCl₂ · 8H₂O (appelée « phase 518 ») comme liant, ainsi que des adjuvants internes comprenant un agent hydrofuge et un activateur. À température et pression normales, la pierre est d’abord synthétisée, puis, en fonction du type, des performances et des exigences du produit, un agent hydrofuge externe est appliqué pour traiter sa surface afin d’obtenir des produits présentant différentes caractéristiques. Afin de garantir que le matériau cimentaire à base de magnésium forme la phase 518 et que celle-ci ne subisse pas de transformation de phase au contact de l’eau ou dans des environnements humides, l’échantillon est généralement préparé avec un rapport MgO/MgCl₂ > 4,27 et un rapport H₂O/MgCl₂ > 4,18. Un agent hydrofuge interne est ajouté pour réduire la vitesse de transformation de la phase 518 au contact de l’eau ou de la vapeur d’eau ; un agent hydrofuge externe est appliqué pour réduire davantage le degré de transformation de la phase 518 au contact de l’eau ou de la vapeur d’eau, améliorant ainsi la résistance à l’eau et la qualité de la pierre. Des essais ont montré que les principales propriétés de la pierre artificielle à base de résidus miniers, telles que la résistance à l’eau et la résistance aux alcalis, répondent aux normes requises. De plus, tout type de résidus miniers peut être utilisé pour synthétiser cette pierre artificielle. Le procédé de synthèse est simple, ne génère aucun déchet (ni gaz résiduaires, ni eaux usées, ni déchets solides), est peu coûteux, non toxique et inodore, offre une résistance élevée et permet un façonnage libre, ce qui le rend adapté à une utilisation comme matériau décoratif imitant la pierre, tant pour les murs intérieurs qu’extérieurs.

Hou Yanyan, de la Faculté des sciences de l'Université chinoise de l'aviation civile, a utilisé de la résine polyester insaturée et des résidus miniers provenant de la société Shanxi Datong Jinyin Mining Co., Ltd. comme principales matières premières pour mouler des dalles en « cloudstone » artificiel à température et pression normales. La brillance et les propriétés mécaniques obtenues répondaient aux normes de l'industrie.

(1) Matières premières. Les résidus miniers de la société Shanxi Datong Jinyin Mining Co., Ltd. ont été utilisés comme charge. Elles sont de couleur grise, leur composant principal étant le SiO₂, et contiennent de faibles quantités d’Al₂O₃, de Fe₂O₃, de MgO, etc. La taille des particules varie entre 0,043 et 0,375 mm.

(2) Réactifs. Résine n° 191, qualité industrielle, fabriquée par Tianjin Letai Chemical Co., Ltd. ; peroxyde de cyclohexanone, de pureté chimique, fabriqué par Shanghai Aladdin Company ; naphténate de cobalt, de pureté chimique, fabriqué par Dalian No.1 Organic Chemical Co., Ltd. ; huile de silicone méthylique, de pureté analytique, fabriquée par Tianjin Yingda Rare and Precious Chemical Reagent Factory.

(3) Procédé. Les résidus ont été tamisés en cinq fractions granulométriques : +0,167 mm, -0,167 mm + 0,107 mm, -0,107 mm + 0,074 mm, -0,074 mm + 0,043 mm et -0,043 mm. Elles ont été lavées, séchées, puis mises de côté. Un agent de démoulage à base d’alcool polyvinylique fabriqué sur place a été appliqué en couche uniforme sur la paroi interne du moule, puis laissé sécher. De la résine n° 191, du peroxyde de cyclohexanone, du naphténate de cobalt et de l’huile de silicone méthylique ont été mélangés dans les proportions indiquées, puis les résidus miniers ont été ajoutés. Le mélange a été agité à température ambiante puis rapidement coulé dans le moule préparé, avant d’être mis sous vide. Une fois la solidification terminée, l’échantillon a été démoulé et soumis à un traitement de post-durcissement à 80 °C. En fonction de l’utilisation prévue, l’échantillon a ensuite été meulé et poli. Le schéma de fabrication de la pierre artificielle est présenté à la figure 5-8.

Figure 5-8 : Schéma du processus de fabrication de la pierre artificielle

La structure, la brillance, les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion de la pierre artificielle préparée ont été testées et observées à l’aide d’un brillancemètre, d’un microscope polarisant Zeiss et d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier. L’effet de résidus miniers présentant différentes tailles de particules sur les performances du produit a été étudié ; la brillance, la résistance à la flexion et la résistance à la corrosion ont été testées et analysées. Les expériences ont démontré que les résidus miniers pouvaient être utilisés avec succès comme charges pour synthétiser une pierre artificielle dont la brillance et les propriétés mécaniques répondaient aux normes industrielles. Les résultats de la spectroscopie infrarouge ont montré que la résine et la charge étaient liées entre elles et qu’une réaction chimique s’était produite à l’interface, formant de nouvelles substances. La brillance de la pierre artificielle augmentait avec l’augmentation de la taille des particules de charge, tout comme sa résistance à la flexion. Cependant, plus les particules de charge étaient fines, plus la résistance à la corrosion était élevée. Ce résultat indique que la réduction de la taille des particules a à la fois des effets positifs et négatifs sur les performances de la pierre artificielle.