Selon des sources fiables, la composition chimique du biscuit céramique est la suivante : SiO₂ 59,57%–72,5%, Al₂O₃ 21,5%–32,53%, CaO 0,18%–1,98%, MgO 1,16%–1,89%, Fe₂O₃ 0,11%–1,11%, TiO₂ 0,01%–0,11%, K₂O 1,21%–3,78%, Na₂O 0,47%–2,04%. Il existe de nombreux types de céramiques de construction, qui peuvent être classées en céramiques calcaires et céramiques magnésiennes en fonction de leur composition chimique. Étant donné que les minéraux rocheux courants qui composent les résidus miniers possèdent généralement les conditions de base pour être utilisés comme matières de charge ou comme fondants dans les masses céramiques, il est possible de produire des céramiques performantes grâce à une conception raisonnée, adaptée aux différents procédés de fabrication et aux différents produits.

5.4.1 Expérience de fabrication de céramique à partir de résidus de tungstène

L'ancien Institut de métallurgie du Sud (aujourd'hui Université des sciences et technologies du Jiangxi) a mené des expériences visant à fabriquer des céramiques à partir de résidus de terres rares mélangés à des résidus de tungstène. Les résidus de tungstène utilisés provenaient d’un bassin de résidus situé dans le sud de la province du Jiangxi. La proportion de minéraux métalliques de tungstène dans ces résidus est très faible ; la majorité est constituée de minéraux non métalliques, principalement du quartz et du feldspath, ainsi que de la fluorine, du grenat, etc., avec une fraction massique élevée de SiO₂. Les résidus de terres rares utilisés provenaient de la région sud du Jiangxi et présentaient des fractions massiques élevées de SiO₂ et d’Al₂O₃. Les principales compositions chimiques de ces deux types de résidus sont présentées respectivement dans les tableaux 5-13 et 5-14.

Tableau 5-13 Composition chimique principale d'un certain résidu de tungstène (%)

Tableau 5-14 Composition chimique principale des résidus d'une certaine mine de terres rares (%)

Les données présentées dans les tableaux 5-13 et 5-14 montrent que la composition chimique des résidus est très similaire à celle du biscuit céramique ; ils peuvent donc être transformés en matières premières céramiques présentant d'excellentes performances.

Les essais de formulation indiquent qu'un mélange composé à 65 % de résidus de terres rares 65%–70% et à 35 % de résidus de tungstène 35%–30% est optimal.

Le processus de production est illustré à la figure 5-9.

Figure 5-9 Processus de production

La température de cuisson de ce procédé est comprise entre 1 100 et 1 130 °C, avec un taux de réussite de cuisson supérieur à 90%. Les produits céramiques biscuits ainsi obtenus présentent une surface lisse, un éclat vitreux intense, une couleur rouge foncé, un son cristallin et une résistance élevée. Ce procédé tire pleinement parti de la complémentarité des compositions des résidus de tungstène et des résidus de terres rares, ainsi que de l’effet colorant de certains éléments présents dans ces derniers, ce qui permet d’atteindre un taux de réussite élevé lors de la cuisson. Cette technologie offre une voie efficace pour le développement et la valorisation des résidus.

Fabrication de céramiques à émail « Kiln-Change » à partir de résidus d'or

Chen Ruiwen et ses collègues de la Base provinciale de développement technologique de l'industrie céramique du Fujian ont mené des recherches sur la production de céramiques à émail « kiln-change » à partir des résidus miniers de la mine d'or de Shuangqishan, dans la province du Fujian. Les technologies clés pour la production de céramiques à glaçure colorée à partir de résidus aurifères résident dans la formulation de la glaçure colorée et le procédé de fabrication. Les matières premières utilisées pour la glaçure colorée sont principalement des résidus aurifères raffinés (avec les fractions massiques suivantes : feldspath 36%–37%, kaolin 15%–17%, quartz 24%–26%, dolomite 14%–16%, oxyde de fer 5%–6%), complétées par des quantités appropriées de minéraux générateurs de couleur (tels que Fe₂O₃, MnO₂), ou en utilisant directement les oligo-éléments présents dans les minéraux, tels que l’oxyde de fer, l’ilménite de manganèse, l’or, l’argent, le tungstène, etc., comme agents colorants (générateurs de couleur). Afin de garantir la stabilité des propriétés physiques de la pâte, de l’émail et de la barbotine, on utilise des matières premières auxiliaires telles que l’argile de Yong’an, la boue élutriée d’argile à porcelaine de Dapingshan et la boue noire de Zhangzhou. Le rapport massique des matières premières à base d’oxydes métalliques pour 100 parties en poids d’émail coloré est le suivant : Fe₂O₃ 4–6,5, K₂O+Na₂O 3–5, CaO+MgO 7–11. La quantité de résidus ajoutée à la pâte peut atteindre 20%–30%, voire 50%–85% dans l’émail. La plage de température de cuisson est comprise entre 1 100 et 1 250 °C, et les différentes atmosphères de cuisson produisent des effets de surface variés sur l’émail.

(1) Flux de traitement : criblage des résidus aurifères → vieillissement → dosage → broyage humide en boulet → tamisage → élimination du fer → transfert vers le réservoir de boue → pompe à boue à double membrane → tamisage → élimination du fer → vieillissement → coulage en barbotine → séchage et ébarbage (en attente).

(2) Déroulement du processus de glaçage : criblage des résidus d'or (mailles 325) → vieillissement → dosage → broyage à billes → tamisage → glaçage → cuisson → produit fini.

(3) Paramètres du processus de traitement : finesse de la boue : résidu sur tamis de 200 mesh (0,074 mm) 1,0%–1,8% ; retrait total (séchage + cuisson) : 12,51 TP3T–13,51 TP3T ; résistance à l'état sec : 2,45 MPa.

(4) Paramètres du procédé de préparation de la suspension d'émail : finesse de la suspension d'émail : résidu sur tamis de 200 mesh compris entre 0,05% et 0,1% ; densité relative de la suspension d'émail comprise entre 1,70 et 1,75 ; méthodes d’émaillage : émaillage par pulvérisation et par immersion ; température de cuisson de l’émail : 1 210 ± 10 °C ; épaisseur de l’émail : 0,7–1,0 mm.

(5) Programme de cuisson : la cuisson est effectuée dans un four tunnel à grande section et à faible consommation d'énergie, à une température comprise entre 1 200 et 1 230 °C. En raison de la présence importante de matière organique et de carbonates dans les matières premières, la vitesse de chauffage doit être relativement lente au début du processus. À l’approche de la température de fusion de l’émail, un temps de maintien plus long est nécessaire pour garantir une surface d’émail très brillante.

Les différentes céramiques à émail « kiln-change » mises au point à partir de résidus d’or présentent des couleurs riches et éclatantes, ainsi que des surfaces émaillées brillantes et lisses, et permettent de produire des céramiques artistiques à émail « kiln-change » d’une grande qualité artistique. Les résidus aurifères favorisant le frittage, la température de cuisson des produits céramiques à émail « kiln-change » est réduite de 50 à 80 °C par rapport aux méthodes traditionnelles, ce qui diminue la consommation d’énergie liée à la production céramique et offre des avantages économiques et sociaux significatifs.