Chimie des Oxydes de Soufre et Silicates

Oxydes de soufre (SOx) - Origine

• Les oxydes de soufre proviennent de sources naturelles et artificielles.
• Les éruptions volcaniques contribuent à 20% des oxydes de soufre dans l'atmosphère.
• La combustion des combustibles fossiles est responsable de 55% de la production de dioxyde de soufre dans l'atmosphère.
• L'industrie chimique produit 25% des oxydes de soufre dans l'atmosphère.

Oxydes de soufre (SOx) - Conséquences

• Les oxydes de soufre contribuent à la formation de pluies acides.
• Ils ont des impacts sur la faune, la flore et la santé humaine.
• Des méthodes de contrôle des émissions de SOx existent.
• La réaction d'oxydes acides avec des oxydes ou hydroxydes basiques permet de réduire les émissions.
• Le Mg(OH)2 est préféré à la Ca(OH)2 car il est insoluble dans l'eau.

Les silicates

• La classe des silicates comprend près de 900 espèces.
• Avec la silice, les silicates constituent environ 95% de la composition en poids de la croûte terrestre.

Classification des minéraux silicates

• La classification des minéraux silicates est basée sur le nombre de sommets partagés.
• Les nésosilicates ont 0 sommet partagé.
• Les sorosilicates ont 1 sommet partagé.
• Les inosilicates ont 2 sommets partagés.
• Les cyclosilicates ont 3 sommets partagés.
• Les phyllosilicates ont 4 sommets partagés.
• Les tectosilicates ont 4 sommets partagés.

Phyllosilicates et argiles

• Les argiles sont des roches composées de minéraux argileux (phyllosilicates).
• Elles présentent de nombreux gisements et un coût relativement faible.
• Elles sont importantes dans de nombreux domaines.
• Les phyllosilicates présentent une grande diversité de structures avec des agencements de couches tétraédriques et octaédriques.
• Les phyllosilicates se divisent en plusieurs types (T:O ou 1:1, T:O:T ou 2:1, T:O:T:O ou 2:1:1) avec des exemples comme la kaolinite, la montmorillonite, le talc et la chlorite

Phyllosilicates 2:1

• Les smectites sont un type de phyllosilicate 2:1 aux propriétés de gonflement.
• Elles présentent une composition chimique variable d'un gisement à un autre.
• Elles peuvent contenir des hétéroéléments, des phases annexes et des contaminants.
• Elles peuvent être colorées.
• Les smectites synthétiques offrent des intérêts en matière de contrôle de la composition chimique, d'homoionisation et de facteur de forme variable.

Synthèse en milieu acide et fluoré

• Un exemple de synthèse est la montmorillonite.
• La préparation d'un hydrogel, l'agitation à température ambiante pendant 2 heures, la cristallisation à 200°C pendant 2 heures et la filtration, le lavage, le séchage et le broyage font partie du processus.

Composition molaire du mélange réactionnel

• La composition molaire du mélange réactionnel est déterminée pour une beidellite spécifique.
• Les quantités de SiO2, Al2O3, Na2O, HF, et H2O sont calculées.

Synthèse de la beidellite

• La synthèse de la beidellite nécessite des ingrédients spécifiques comme SiO2,Al2O3,NaF,HF,H2O.
• Les masses molaires de chaque composé sont nécessaires aux calculs.

Zéolithes

• Les zéolithes ont une structure minérale comportant des cages, canaux et cavités de dimensions moléculaires.
• Elles présentent une forte acidité et sélectivité en réactifs, forme et produits.
• Elles sont utilisées dans de nombreux domaines.
• Elles sont microporeuses, mésoporeuses et macroporeuses.
• La structure des zéolithes dépend de la largeur des canaux, cavités et pores.
• La composition, en particulier le rapport Al/Si influence la propriété hydrophile ou hydrophobe de la zéolithe.

Méthode de synthèse des zéolithes

• La méthode hydrothermale est utilisée pour synthétiser les zéolithes.
• Les solutions de Si, Al, et l'eau sont combinées dans des autoclaves puis soumises à des températures et des durées variables.
• Le processus inclut des étapes de séparation, de séchage et de caractérisation.

Mise en forme des zéolithes

• Les zéolithes peuvent être mises en forme sous forme de poudre pulvérulente, extrusion ou membrane sur support.

Verres

• Les verres sont principalement fabriqués à partir de SiO2.

• Ils ne cristallisent pas dans des conditions normales de refroidissement mais restent dans un état amorphe.

• Certains oxydes et halogénures, combinés au SiO2, donnent naissance à des verres avec des vitesses de trempe modérées.

• Le rôle des formateurs de verres est différent de celui des modificateurs de verres.

• Les modificateurs de verres, comme le Na2O, rompent les liaisons Si-O, ce qui affecte les propriétés du verre.

Températures caractéristiques du verre

• Les températures caractéristiques du verre (Tg, Trec, Tram, Tf) sont importantes pour la mise en œuvre du verre, par exemple pour le façonnage et le traitement thermique.

Verre trempé et feuilletage

• La trempe thermique et chimique sont deux méthodes complémentaires de traitement du verre pour améliorer ses propriétés mécaniques.
• Le verre feuilleté utilise une couche de plastique (PVB) entre deux vitrages pour le renforcer.

Préparation des fibres de verre

• La préparation des fibres de verre implique plusieurs étapes, y compris une formulation précise du mélange, la fusion (à 1500°C), le fibrage et l'étirage.
• Les traitements de surface sont utilisés pour améliorer la compatibilité avec les polymères.

Types de fibres de verre

• Différents types de fibres de verre sont disponibles (E, D, C, R, AR,E-CR).
• Chaque type présente des propriétés particulières, allant de l'usage général à des applications spécifiques (milieu basique, acide).

Applications des fibres de verre

• Les fibres de verre sont utilisées en construction, dans le sport/loisir, les transports et le renfort de matériaux.

Classification des matériaux

• Les matériaux sont généralement classés en trois catégories : métaux (durs, ductiles, conducteurs), céramiques (durs, fragiles, résistants à la corrosion, non conducteurs) et polymères (nature variable).
• Les alliages et superalliages sont des exemples spécifiques de combinaisons métalliques.
• Les céramiques incluent les céramiques traditionnelles et les céramiques techniques.

Céramiques traditionnelles

• Les céramiques traditionnelles sont élaborées à partir de matières premières abondantes et bon marché comme des argiles, des sables, des feldspaths, pour différentes applications.
• D'autres constituants peuvent être ajoutés, selon le type de céramique souhaité.
• Elles sont mises en forme, séchées et ensuite soumises à un traitement thermique appelé frittage pour obtenir la densification/consolidation.
• Différentes méthodes de mise en forme comme le coulage, le pressage et l'extrusion peuvent être utilisées.

Céramiques techniques

• Ces céramiques sont constituées d'oxydes, nitrures, carbures, ou fluorures.
• Elles privilégient la pureté comme critère principal de sélection des matériaux.
• Parmi les nombreux exemples, il y a le oxyde de Zircon et le Carbure de Silicium, qui présentent des propriétés remarquables telle qu'une haute dureté, une excellente résistance aux chocs thermiques et une bonne conductivité thermique.

Ciments et bétons

• Le ciment est produit à partir d'un mélange calcaire et d'argile.
• Le traitement à haute température crée le clinker.
• L'ajout de gypse et d'autres éléments permet d'obtenir différents types de ciment.
• La prise du ciment se produit par réaction des constituants avec l'eau pour produire des silicates de calcium hydratés.

Bétons hautes performances (BHP)

• Les BHP sont obtenus par une optimisation de la formulation pour réduire la porosité et optimiser le squelette granulaire.

Ce quiz explore les concepts de la chimie liés aux oxydes de soufre et aux silicates, y compris les propriétés, les compositions chimiques et les synthèses. Les participants examineront également les impacts environnementaux et industriels des oxydes de soufre, ainsi que les structures des phyllosilicates.