ARGILES, KAOLINS ET MATIÈRES INDUSTRIELLES QUI EN DÉRIVENT

Origine des argiles. — Les poteries, depuis la porcelaine jusqu’aux briques, sont constituées par des matières auxquelles on donne le nom d’argiles et qui sont susceptibles de se façonner avec plus ou moins do facilité, suivant leur nature, et de donner par la cuisson des produits très différents.

Les argiles sont dos silicates d’alumine hydratés qui proviennent de la désagrégation dits feldspaths et des roches que ces minéraux constituent, sous l’influence prolongée de l’eau et de l’acide carbonique qui a pour résultat d’appauvrir ces matières en alcali. C’est ainsique l’orthose, qui de tous ces feldspaths est celui qui se décompose le plus facilement, perd peu à peu sa transparence, sa dureté, son éclat, et se change en une matière terreuse, le kaolin; cette transformation est lente et progressive, en sorte qu’on peut trouver tous les degrés, depuis le kaolin pur jusqu’aux cristaux inaltérés de feldspath, le premier correspondant à AP O’, 2 Si 0^ 2110, et le second à KO, AP OS 6 Si 0^ :

KO, APOS eSiO^ -h CO^ H- 2110 — COS KO + 4SiO* -|- APOS 2SiOS 2110.

Si les produits do la décomposition des feldspaths restent dans le gisement primitif, ils offrent un grand degré do pureté; mais s’ils ont été transportés par l’action des eaux, ils sont mélangés avec des substances étrangères: oxydes de fer et de manganèse, carbonates de chaux, de magnésie et do for, débris fins de quartz, de mica et même de matières organiques; ces mélanges constituent les argiles.

L’analyse des argiles comprendra donc au moins deux opérations:

1“ L’analyse élémentaire qui aura pour but d’établir la composition centésimale de la matière;

2° L’analyse immédiate, dont le but sera de déterminer autant que possible l’état dans lequel les éléments qui figurent dans une argile y sont engagés, et de

(Idterminer quelle est la qiiantilc de feldspath inaltéré, la proportion de silice libre, celle qui est combinée, etc.

l/anal3'se chimique est ici insuffisante, l’argile étant non pas une substance définie, mais un mélange de combinaisons distinctes jouissant de propriétés diverses, de telle façon que deux argiles ayant la même composition centésimale peuvent présenter des qualités 1res différentes quand il s'agit de les utiliser à la confection de poteries.

Les produits que donne une argile à la cuisson, et par’ suite l’emploi dont elle est susceptible, étant très différents, suivant qu’elle-même se comporte au feu de telle ou telle manière, il est extrêmement important de connaître ce qu’elle devient quand on la chauffe; cette donnée fournit des renseignemenls précieux sur la nature des prodnils qu’elle est capable de donner, elle indiquera en outre quelle est la température la plus convenable pour la cuisson. Cet essai des argiles à l’action du feu a quelquefois reçu le nom d'analyse pyromélrique.

Nous examinerons successivement l’analyse des argiles et des kaolins à ces divers points de vue.

ANALYSE MÉCANIQUE DE L’ABGILE. — L’analyse mécanique peut ôtrb' effectuée avec ou sans le concours de l’eau, par lévigation ou avec des tamis; en général on combine ces deux manières d’opérer.

Le principe de l'analyse par lévigation consiste à mettre en suspension dans un courant d’eau un échantillon d’argile, les choses étant disposées de telle sorte qu'on puisse recueillir les parties qui, en raison de leur poids, de leur densité ou de leur forme, résistent à l’entraînement. On conçoit tout ce qu’une pareille détermination a d’arbitraire; mais si l’on opère toujours avec le môme appareil et avec des vitesses du courant d’eau graduellement croissantes, il sera possible do séparer une argile en un certain nombre de parties, jouissant de propriétés tout à fait comparables pour tous les échantillons analysés, et d’obtenir par conséquent des données importantes relatives à la composition d’une argile comparée à d’autres dont les propriétés sont connues.

Appareil de Seltiilze. — Un des appareils de lévigation les plus simples est celui que représente la figure 46 : il se compose d’une flûte à champagne B de 20 centimètres de haut et de 7 centimètres de diamètre à l’orifice ; sur ce verre est mastiqué un anneau de laiton a portant un trop-plein b légèrement recourbé à son extrémité.

On place l’argile à analyser dans ce vase où elle est mise en suspension par un courant d’eau amené par un tube à entonnoir plongeant presque jusqu’au fond du verre, et communiquant avec un réservoir supérieur au moyen d’un robinet; elle s’écoule ensuite par b dans un vase G où on la recueille. Pour produire avec cet appareil un courant d’eau possédant une vitesse facile à reproduire, on observe la hauteur constante à laquelle le liquide se trouve soulevé dans le tube à entonnoir, et l’on conçoit qu’en ouvrant plus ou moins le robinet R il soit possible d'établir dans ce tube telle dénivellation qu’on voudra, et par suite de reproduire toujours la même vitesse. 11 est bien entendu que si on

veut éviter toute surveillance de l’appareil, le réservoir A devra être alimenté par un vase de Mariette. Ceci posé, voici de quelle manière on fait un essai :

On met dans une capsule 30 grammes d’argile séchée à l’air, on ajoute deux à trois fois son volume d’eau et on fait houillir pendant une demi-heure environ, de manière à bien désagréger la matière. Après refroidissement le tout est introduit dans le verre B, et on établit le courant d’eau en s’arrangeant de manière à ce que le niveau du liquide dans le tube droit soit surélevé de 20 centimètres. L’argilê est bientôt mise en suspension, les parties les plus légères sont entraînées en donnant d'abord une liqueur trouble, mais peu à peu elle s’éclaircit et l’eau finit par couler claire en h, les parties qui restent ayant un poids trop considérable pour être entraînées; on arrête alors le courant d’eau,

Fig. 46.

on recueille le contenu du verre, qui, avec cette vitesse, est constitué par le sable grossier. On laisse reposer le liquide du vase C pendant au moins 6 heures, on décante alors le liquide clair et on verse le dépôt dans le vase B. On recommence de nouveau la lévigation, mais celte fois en établissant une différence de niveau qui est seulement de 3 centimètres, et quand le liquide coule clair en b on arrête l’opération ; le résidu obtenu correspond au sable fin. L’appareil ne permet pas la séparation des trois autres parties qui constituent l’échantillon ("V. plus loin). On peut toutefois obtenir leur somme en reprenant un second échantillon, qu’on pose avant et après calcination, de manière à déterminer la teneur en eau. Si alors du poids de l’échantillon on retranche ceux de l’eau et du sable, on a celui de la substance argileuse.

Appareil de Sehüue. — L’appareil de Schône est encore fondé sur le même principe que le précédent,- mais disposé de manière à séparer une argile

quelconque en cinq parties, dont chacune est caractérisée par des propriétés plastiques, une densité et une grosseur de grain déterminées, résumées dans -le tableau suivant :

1“ Argile plastique . Cette première partie, constituée par les particules les plus

fines, possède au plus haut degré les propriétés de Targile. Densité : = 2,2. Grosseur du grain : — de millimètre.

Vitesse d’écoulement cori’espondante è 0,20 millimètre par seconde.

2” Argile maigre . Argile contenant déjà du sable et donnant une pâte courte.

Densité : 2,2 à 2,6. Grosseur du grain : de millim.

Vitesse d’écoulement correspondante à 0,48 millimètre par seconde.

3“ Sable impalpable, sensible aux

doigts . Ne forme plus pâte avec l’eau, mais ne contient pas de grains.

Densité : 2,6. Diamètre du grain : — do millimètre.

Vitesse d’écoulement : 0,19 milbmètro par seconde.

4" Sable fin . Grosseur du grain: à de millimètre. Hauteur de l’eau

dans B : 3 centimètres.

5° Sable grossier . ■ , Grosseur du grain : — de millimètre. Hauteur de l’eau dans

B : 20 centimètres.

On voit qu’en tenant compte de la grosseur et de la forme des différents éléments qui constituent une argile plutôt que de leur nature chimique, on arrive assez bien à la séparer en un certain nombre de parties dont chacune correspond à un ensemble d’avantages ou d’inconvénients au point de vue des applications.

Cela posé, voici comment est disposé l’appareil de Schône : Il se compose d’une allonge ABC (fig. 47), formée d’une partie conique de 50 centimètres de long suivie d’une portion cylindrique de 10 centimètres de long et o centimètres de diamètre; cette dernière est munie en B d’une tubulure sur laquelle on place un bouchon percé d’un trou, et dans lequel est placé un tube abc de 3 millimètres de diamètre intérieur, courbé en Z. Les angles sont vifs en a et b, sans toutefois que le diamètre du tube soit altéré; on b, et, autant que possible, dans l’axe de a b est ménagé un orifice de à 1”'“,66 de diamètre, à bords

fondus, et placé de telle sorte que le liquide qui en sort suive à peu près la bissectrice de l’angle abc. Cet orifice doit être au point le plus bas de la courbure b.

A son autre extrémité l’allonge se recourbe en un tube DEF de 4 à 5 millimètres de diamètre intérieur qui remonte à peu près jusqu’au bas de la partie cylindrique de l’allonge.

Le tube bc est gradué en centimètres depuis l’ouvertui-e b qui correspond au zéro jusqu’à 1 mètre plus haut, puis :

de 1 à S centimètres en millimètres,

5 à 10 — en quarts de centimètre,

10 à 50 — en demi-centimètres,

50 à 100 -- en centimètres seulement.

La figure 48 montre l’appareil complet; l’allonge, figurée en liDd, peut être mise en relation avec un réservoir supérieur M au moyen d’un tuyau LM muni d’un robinet Z, de sorte qu'il est possible, quand on le veut, de faire passer à travers l’appareil un courant d’eau qui s’écoule par Forifice b dans un vase convenablement disposé, où on recueille le liquide.

Pour faire une détermination, on désagrège d’abord l’échantillon d’argile en le faisant bouillir avec de l’eau;

on verse le liquide sur un tamis de ^ de millimètre et on lave avec de l’eau la matière qu'on y dépose. De celte manière on sépare les parties les plus grossières que le faible courant d’eau de l’appareil serait impuissant à soulever, et on n’arrête le lavage au tamis que quand l'eau qu’on y verse passe absolument claire.

Le liquide est abandonné dans un vase aussi bas que possible, où on le laisse reposer pendant une ou deux heures, puis on décante alors la liqueur dans un autre vase où un nouveau dépôt s’effectue pendant qu’on soumet le premier à la lévigation. A cet effet, on commence par faire arriver de l’eau fournie par un réservoir placé à un niveau plus haut que tout l’appareil, et en manœuvrant convenablement le robinet d’arrivée on se débarrasse de toute bulle d’air dont la présence provoquerait ultérieurement des soubresauts. Ce résultat obtenu on vide presque complètement l’allonge avec un siphon, puis en s’aidant d’une pissette on y fait tomber l’échantillon; pendant ce temps, le robinet d’arrivée de l’eau doit être très légèrement ouvert, de manière à déterminer un écoulement très lent, ce qui permet d’éviter toute rentrée d’air dans la partie Dci de l'allonge et aussi toute obstruction. On doit s’y prendre de telle sorte que lorsque tout l’échantillon est introduit, le niveau de l’eau atteigne tout au plus le bas de la partie cylindrique de l’allonge. On met alors en place le bouchon qui ferme celle-ci et on fait monter très

lentement l’eau qui bientôt remplit tout l’appareil et s’écoule par le trouô; comme le débit de celui-ci est insuffisant, l’eau s’élève un peu dans la branche

verticale 6c à un niveau qui est en rapport direct avec la vitesse du courant d’eau, de sorte qu’une étude préalable de l’appareil permet de la déduire de la hauteur atteinte, et qu’il est possible d’opérer avec une vitesse déterminée.

On commence par marcher à la plus petite vitesse qu’on veut employer ; une partie de la matière est entraînée, et on la recueille dans un vase placé audessous de b. Bientôt l’eau passe claire, on enlève alors le vase destiné à recueillir

le liquide, on le remplace par un autre et on augmente la vitesse pour l’amener à la valeur suivante et ainsi de suite.

Avec les vitesses les plus faibles, jusqu’à 0"“,2, il suffit de faire passer à travers l'appareil 2 litres d’eau. Pour 0"",2 à 0“,5, il en faut 3 litres; pour 0"",5 à 1 millimètre, 4 litres; 1 millimètre et au-dessus, 5 litres, mais il n’y a aucun inconvénient à augmenter ces quantités.

Quand toutes les lévigations sont obtenues, on laisse reposer les liquides jus-

qu’à dépôt complet, on décante alors l’eau avec un siphon, et finalement les dépôts sont placés dans des capsules tarées, séchés et pesés.

Remarque. Certaines argiles donnent dans l’appareil de Sohônc une mousse très gênante, qui empêche souvent la lecture exacte du niveau de l’eau : il convient alors de souffler avec un tube de caoutchouc, de- manière à obtenir une surface libre, puis de faire la lecture aussitôt après. Dans beaucoup de cas il est en outre nécessaire de remplacer l’ébuilition avec l’eau par un traitement à l’acide chlorhydrique étendu, pour détruire les amas de carbonate de chaux que l’ébullition est impuissante à désagréger; ce traitement diminue d’ailleurs les chances de mousse. Il va sans dire que la substance solide devra être ensuite débarrassée de l’acide chlorhydrique dont la présence modifierait les conditions de la lévigation.

ANALYSE CHIMIQUE DE L’ARGILE. — Des analyses d’argiles peuvent se faire par la méthode générale que nous avons indiquée à propos des silicates (p. 262), en employant pour l’attaque 1 partie de carbonate de chaux pour d partie d’argile : avec ces proportions on obtient un verre qui s’attaque bien sous faction des acides. Toutefois il y a certaines précautions à prendre pour la détermination de feau des argiles et du kaolin.

Détermina-tion tle Pea»!. — Si l’on a affaire à un kaolin bien pur, il ne contient que de l’eau comme matière volatile. On la détermine : 1“ par une dessiccation à 110-115 degrés dans une étuve ou sur un bain de sable, suivie d’une pesée : on détermine ainsi l’eau hygrométrique; 2° on calcine le kaolin à la plus forte température qu’on peut produire : on détermine ainsi feau combinée.

Pour les argiles, ces déterminations sont beaucoup plus délicates en raison de la complexité do la substance, qui renferme toujours, en effet, des matières organiques, charbonneuses ou bitumineuses, des carbonates, parfois de la pyrite, toutes substances susceptibles de se volatiliser ou de se décomposer en partie. En outre, il faut tenir compte de l’absorption d’oxygène due au grillage des sulfures, à la transformation du protoxyde de fer en sesquioxyde etc. Or, on n’a aucune indication sur la température à laquelle ces perles ou gains ont lieu; pour les carbonates, par exemple, l’acide carbonique se dégage à des températures très différentes, suivant qu’il s’agit de ceux de chaux, de magnésie ou de fer.

Quand les argiles contiennent du carbonate de chaux, le procédé indiqué (p. 216) pour les calcaires argileux peut être employé. Si l’on a affaire à des kaolins, on détermine le carbonate de chaux qu’ils renferment en les faisant bouillir avec du chlorhydrate d’ammoniaque.

Kaolin attaquable par les acides. — Il arrive parfois qu’un kaolin est attaquable par Tacide sulfurique concentré ou par un autre acide. Dans ce cas on peut opérer comme il suit : la matière broyée est pesée, puis exposée à l’air pour lui faire perdre ou gagner toute l’humidité possible; on y ajoute quel-

ques gouttes d’eau, puis de l’acide sulfurique de manière à avoir une liqueur contenant parties égales des deux matières, puis on chauffe pour chasser la plus grande partie do l’acide sulfurique libre. On reprend par l’eau, la silice reste insoluble, on la sépare sur un filtre et on la pèse après l’avoir desséchée et calcinée.

Dans la liqueur filtrée, on précipite l’acide sulfurique par le nitrate de baryte dont on ajoute un excès aussi petit que possible, on chauffe doucement avec de l’acide azotique en excès, et on sépare le sulfate de baryte. La liqueur est évaporée doucement à sec sur un bain de sable, tant qu’il se dégage des vapeurs d’acide nitrique, puis on reprend par f eau et le nitrate d’ammoniaque; l’alumine se sépare, on la lave et on la pèse.

La liqueur chargée de nitrate d’ammoniaque est traitée comme nous l’avons dit (p. 27o), l’oxalatcde chaux obtenu pouvant contenir de la baryte dont il faudra le séparer. Lorsqu’on a décomposé les sels ammoniacaux et détruit les nitrates par l’acide oxalique et qu'on reprend par l’eau, on dissout les alcalis à l’état de carbonates; ceux-ci, traités avec précaution par facide chlorhydrique, passent il l'état de chlorures, qu’on sépare comme nous l’avons indiqué (p. 276). Quant aux carbonates de baryte et de magnésie qui constituaient le résidu insoluble dans l’eau, on les traite par l’acide sulfurique faible qui dissout la magnésie et le manganèse, s'il s’en trouve dans la matière, pendant que le sulfate de baryte demeure insoluble; on le sépare par filtration, après avoir préalablement fait bouillir la liqueur, ou le calcine et on le pèse. J^a liqueur qui renferme les sulfates de manganèse et de magnésie est évaporée, et le résidu calciné au petit rouge est repris par l’eau, avec unegoultc de sulfhydralc d’ammoniaque et de chlorhydrate d'ammoniaque; on sépare ainsi le manganèse à l’état de sulfure. Celui-ci, déposé immédiatement sur un filtre, est lavé sans interruption avec de feau à laquelle on a ajouté du sulfliydrate d’ammoniaque (20 grammes d’eau avec 4 ou 5 gouttes de sulfhydrale), puis finalement on calcine le filtre, on reprend le résidu par l’acide sulfurique et on pè.se le sulfate do manganèse; par différence avec le poids précédemment trouvé, on a celui du sulfate do magnésie. 11 est d'ailleurs facile de doser celle-ci à la manière ordinaire au moyen du phosphate de soude.

ANALYSE PÏBOHÉTHIQUE. — La manière dont une argile se comporte au feu offre une importance extrême: suivant qu’elle sera fusible ou réfractaire, on pourra l’employer à des usages très divers.

La manière dont une argile se conduit au feu dépend de la proportion de silice, d’alumine et de fluor qu’elle renferme; et de deux argiles la plus difficilement fusible est celle qui contient le plus d’alumine par rapport à la quantité d’acide silicique et de fluor. Si dans deux argiles les proportions d'alumine et de fluor sont les mômes, la plus ditïicilement fusible est celle qui renferme le moins d’acide silicique.

L’essai pyrométrique des argiles peut se faire soit d'une manière empirique, soit par un procédé scientifique.

t» Essai empirique. — On partage un morceau d’argile séchée à l’air en deux

parties égales; on cuit l’une, puis on les pulvérise séparément, et on mélange les deux poudres obtenues; on humecte avec un peu d’eau de manière à faire une pâle qu’on cuit à une température connue, par exemple celle d’un four à porcelaine en pleine activité, et l’on examine après la cuisson les modifications subies par l’échantillon, sa cassure, son éclat, sa vitrification, bref tout ce qui peut instruire sur le ramollissement éprouvé; l’argile est d’autant plus réfractaire que ces modifications sont moins accentuées. On fait d’ailleurs en général plusieurs essais sur des échantillons, chauffés à nu, enveloppés dans des vases ouverts ou fermés, etc.

Pour les briques, on cuit des échantillons fabriqués avec de l’argile, soit pure soit mélangée de proportions connues de sable. Ces essais doivent autant que possible se faire par comparaison avec des argiles connues dont on cuit en même temps des échantillons de môme forme, la température à laquelle on fait ces opérations étant, quelques précautions qu’on prenne, sujette à varier dans de larges limites.

2° Méthode de Richters et de Bischof. — La méthode précédente manque évidemment de précision. — Pour obtenir des résultats comparables, il faut commencer par opérer à des températures fixes bien connues, comme celles de la fusion de l’acier, du fer ou du platine.

Cela étant, on peut opérer do deux manières différentes pour effectuer les essais. Dans la première, on chauffe l’argile à essayer à une des températures précédentes et, après refroidissement, on examine l’échantillon de manière à constater s’il y a eu ou non fusion, ce qu’il est très difficile de constater à l’œil pendant l’opération. Pour faire cet examen, le mieux est de briser la matière. Si la surface de la cassure ne happe pas à la langue, si un trait qu’on y trace à la plume reste net, on a affaire à une substance qui a fondu, c’est-à-dire à une porcelaine; ce sont les caractères opposés à ceux que présentera le bloc si on a de la faïence. 11 va sans dire que ces opérations se font toujours par comparaison avec une argile normale.

Une seconde manière d’opérer qui fournit de meilleurs résultats consiste à essayer successivement des mélanges de l’argile avec des proportions variables d’alumine, de silice ou d’un mélange de ces deux matières jusqu’à ce que le mélange obtenu se comporte au feu comme l’argile normale. De la quantité do substance ajoutée on déduit un nombre qui représente la résistance au feu de l’argile essayée par rapport à l’argile normale.