POTEME ET PRODUITS RÉFRACTAIRES

Considérations générales. — Eu verrerie, il faut attacher une extrême importance à la fabrication des creusets, à la fabrication des briques et des dalles, des pièces servant à la construction des fours de fusion, et même des fours de recuisson. Sans bons creusets, pas de hautes températures possibles dans le four de fusion, pas de beau verre. L'importance de ce sujet nous fait consacrer un chapitre spécial aux produits réfractaires. Nous avons exprimé ici le résultat d'une expérience de longues années, pendant lesquelles nous avons mis et vu mettre en pratique le résultat des recherches et les conseils des Brogniard, Berthier, et de nombreux verriers compétents.

Nous avons puisé d'utiles renseignements dans le remarquable rapport fait à la suite de nos dernières Expositions universelles, par M. Chandelon, l'éminent professeur de l'Université de Liège. Nous avons pu conslater combien sont rationnels, et combien ont déjà rendu de services les conseils que M. Chandelon donnait à cette époque.

Objets de première nécessilé pour les usines mélallurgiques, les verreries, les porcelaineries, en un mot, pour tous les établissements dont les travaux s'exécutent à une température très élevée, les produits réfractaires occupent une place des plus importantes dans l'industrie. Ils se fabriquent sur une grande échelle et sous les formes les plus variées, soit pour être employés, comme matériaux, à la construction des fours qui doivent résister à l'action d'un feu vif et de longue durée, soit pour servir, comme ustensiles, à contenir les substances qu'on veut mettre en fusion.

La consommation de ces produits est si considérable que c'est, en grande partie, de leur qualité et de leur résistance que dépend la prospérité d'un établissement. Aussi beaucoup d'industriels fabriquent eux-mêmes les objets réfractaires dont ils ont besoin, ne voulant s'en rapporter qu'à leur propre vigilance des soins qu'en réclame la confection. On ne peut nier qu'un tel système, fondé sur des appréhensions légitimes sans doute, ne soit de nature à enrayer les progrès de cette fabrication, car elle avancerait rapidement, si elle devenait l'objet de grands établissements distincts, dirigés par des hommes spéciaux, qui soumettraient à une étude approfondie les matières réfractaires à employer et leurs produits et qui rechercheraient les meilleures compositions

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de pâles, les procédés les plus économiques, et éclaireraient, en un mot, des lumières de la science, l'exploitation si importante de cette branche de la céramique.

On exige des produits réfractaires, des qualités spéciales suivant les différents usages auxquels on les destine. Les uns, tels que les briques, les carreaux, les dalles, etc., servant à la construction des fourneaux ou fours, ou du moins à leur revêtement intérieur, doivent supporter, sans se ramollir, l'action d'un feu violent et longtemps soutenu. Il en est de même des ustensiles qu'on chauffe progressivement jusqu'à la température à laquelle il faut les maintenir. D'autres, comme les creusets à fondre l'acier, doivent avoir en outre la propriété de résister à de brusques changements de température et de pouvoir également sortir des fours chauffés au rouge blanc et y rentrer sans se briser ni même se fêler. Enfin il en est, tels que les creusets de verrerie, qui, autant que possible, doivent être inattaquables par les matières vilrifiables en fusion.

L'infusibilité des produits réfractaires est due essentiellement à la nature des matériaux dont ils sont formés, tandis que leur résistance aux changements de température et à l'action corrosive des fondants dépend surtout de la texture de leur pâte et de la manière dont ils sont façonnés. Il est reconnu en effet et admis dans la pratique qu'ils résistent d'autant mieux aux brusques variations de la chaleur qu'ils sont plus poreux, et qu'ils sont d'autant moins corrodés que leur pâte est plus dense et plus compacte.

Si le potier peut produire à volonté toutes sortes de textures, depuis le grain le plus serré jusqu'à la pâte la plus lâche, et donner ainsi à ses produits la propriété de passer brusquement d'une température à une autre, ou de résister aux fondants, ce n'est souvent qu'à la suite de nombreux tâtonnements qu'il parvient à obtenir des pâtes infusibles. La difficulté provient surtout de la grande variété de compositions que présentent les argiles et qui est le résultat de leur origine et de leur mode de formation. On sait, en effet, que les argiles proviennent de l'altération des feldspalhs, ou plutôt des roches primitives qui ont ces minéraux pour base ou pour partie dominante, et dont les détritus, entraînés par les eaux dans les cavités du sol, ont produit ces dépôts plus ou moins puissants qu'on rencontre dans presque tous les terrains stratifiés.

La variété des roches susceptibles d'éprouver l'altération qui les amène à l'état d'argile, la désagrégation plus ou moins complète dans laquelle elles se trouvaient au moment du transport, les nombreuses substances accidentelles que les eaux ont charriées en même temps et qui s'y sont mélangées, enfin la manière dont s'est fait le dépôt des matériaux tenus en suspension, expliquent, , non seulement l'extrême variété de compositions et de- qualités qu'on observe dans les argiles de diverses provenances, mais encore les différences que présentent les parties d'un même gisement, différences parfois tellement prononcées qu'elles en modifient les applications et l'emploi.

Cette variation incessante dans la qualité des terres exige des changements continuels dans la composition des pâtes céramiques et constitue la principal difficulté que le potier ait à vaincre, pour maintenir l'identité de ses produits.

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Les argiles pures ou qui ne contiennent que du sable quartzeux et quelques ? centièmes de fer, sont infusibles à la plus haute chaleur de nos fourneaux ; il ' en est cependant qui subissent un commencement de ramollissement, décelé ' par l'aspect lustré quelles prennent dans leur cassure. Ce ramollissement a ' pour cause le rapport existant entre les quantités de silice et d'alumine conte- { nues dans les silicates qui constituent ces argiles, ou plutôt dans les composés nouveaux qui se forment sous l'influence du feu.

On voit en effet par les expériences synthétiques de Berthier que les silicates :

APO'.ÎSi.O» Àl*0\2Si.O«

Silice ."~Ï0Ô 100^"

Alumine 5tf,66 37,77

c paraissent être les plus ramollissables de tous, et qu'on diminue leur fusibilité en y ajoutant soit de la silice, soit de l'alumine ». M. Bisehof, dans un travail récent, range également, sous le rapport de leur fusibilité relative, les silicates d'alumine dans Tordre suivant :

AlW.SSi.O»

Ai803,2Si 03 AI»03, Si,0*

Dans deux notes adressées à l'Académie des Sciences, sous le titre de : € Action de la chaleur sur les argiles » et de « Constitution des argiles », M- Le Chatelier a donné connaissance d'essais très intéressants faits par lui dans le but de rechercher la constitution des argiles.

En voici les principaux passages :

c Les silicates d'alumine hydratés (argiles, kaolins, etc.), dit M. Le Chatelier, malgré l'importance qu'ils tirent de leur abondance dans la nature, ainsi que de leurs nombreux usages industriels, sont encore peu connus au point de vue de leur constitution chimique.

> Ils forment généralement des mélanges trop complexes pour que l'analyse chimique puisse fournir à elle seule aucune donnée précise sur leur nature.

> J'ai pensé qu'en étudiant la température de déshydratation de ces corps on pourrait peut-être arriver à caractériser un petit nombre d'espèces chimiques et distinguer la présence de chacune d'elles dans ces divers mélanges.

» Si Ton échauffe rapidement une petite quantité d'argile, il se produit, au moment de la déshydratation, un ralentissement dans l'élévation de température; ce point d'arrêt peut être utilisé pour établir une distinction entre les divers silicates d'alumine hydratés.

> L'expérience montre en effet que la position de ce point d'arrêt dans l'échelle des températures est sensiblement indépendante des conditions de l'expérience, notamment de la vitesse d'échauffement.

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> C'est un résultat semblable à celui qu'on observe dans la cuisson du calcaire. Ce fait tient à ce que la vitesse des réactions chimiques, aussitôt qu'elle a une valeur notable, prend des accroissements énormes pour de très faibles élévations de température >.

Pour mesurer les températures, M. Le Chatelier a employé un couple thermo-électrique composé de platine pur et d'un alliage de platine avec 10 pour 100 de rhodium.

On sait que lorsqu'on chauffe la soudure de ces métaux entre eux, il s'y développe un courant électrique d'autant plus intense que la température est plus élevée.

Le courant électrique est mesuré par un galvanomètre dont les indications sont à leur tour photographiées toutes les deux secondes.

L'échauffement de l'argile avait lieu dans un cône de platine contenu lui-même dans un creuset plus grand rempli de magnésie calcinée et chauffée dans un four Forquignon.

Dans les conditions de l'expérience, la température mettait dix minutes pour monter de 1.000 degrés, ce qui correspond à une vitesse moyenne d'échauffement de 4 degrés pour deux secondes.

Comme terme de comparaison, M. Le Chatelier a pris les quatre températures qui lui étaient données pour les points de fusion ou d'ébullilion des corps suivants :

Eau 110 degré?.

Soufre U8 —

Sélénium 665 —

Or i.Oio —

Le premier résultat de ces expériences a été de montrer que, pendant réchauffement des argiles, on n'observe pas seulement des ralentissements correspondant à la déshydratation, mais parfois aussi de brusques accélérations indiquant la production de phénomènes accompagnés d'un dégagement de chaleur. La comparaison d'observations ayant porté sur un très grand nombre d'argiles a fait voir de plus que la complexité de ces corps est beaucoup moindre qu'on aurait pu le craindre. On peut les rapporter à cinq types bien tranchés ne présentant jamais, au moins dans les échantillons que j'ai entre les mains, de passage graduel de l'un à l'autre.

N° 1. Halloyosite de Miglos (Ariège). On observe un premier ralentissement peu marqué de 150 à 200 degrés, un second ralentissement très important finissant à 700 degrés, et enfin une accélération brusque commençant à 1.000 degrés.

Des clichés identiques ont été obtenus avec des argiles sédimentaires ou argiles chimiques des provenances suivantes : argiles réfractaires de Forges (Seine-Inférieure) et de Bolène (Vaucluse) ; argile plastique de Gentilly (Seine); holloysites d'Angleur (Belgique), de Russie, de Miglos (Ariège), de Launède (Dordogne), de Huelgoat (Finistère), de Breteuil (Eure); bauxite Manche siliceuse de Brignoles (Var); leuzinite de la Vilate (Haute-Vienne), de l'Eissel

(Allemagne); savon blanc de Plombières (Vosges); sévérité de Saint-Scvcr (Landes).

N° 2. Allophane de Saint-Antoine (Oise). Le seul ralentissement net est situé entre 150 et 220 degrés; il se produit, comme précédemment, une accélération brusque à 1.000 degrés.

Les mêmes résultats ont été obtenus avec les allophanes de Saint-Antoine (Oise), de Nizé, de l'Utah (Amérique) et la collytile des Pyrénées.

N° 3. Kaolin cristallisé de Red-Mountain (Colorado). On observe un ralentissement très marqué qui se termine à 770 degrés et une légère accélération yers 1.000 degrés qui varie d'importance d'un échantillon à l'autre.

Cette dernière doit sans doute être attribuée à la présence d'une petite quantité d'argile colloïdale dont l'existence dans les kaolins a été signalée par M. Schlœsing.

Des résultats semblables ont été obtenus avec divers kaolins de France et de Chine.

N° 4. Pyrophyllite de Breesvow (monts Ourals). On observe un premier ralentissement assez net finissant à 700 degrés et un second douteux à 850 degrés.

Une pagodite de Chine s'est comportée de la môme façon.

N° 5. Montmorillonite de Saint-Jean-dc-Côle (Dordogne). Un premier temps d'arrêt très important finit vers 200 degrés, un second moins marqué à 770 degrés et un troisième douteux à 950 degrés. On ne voit aucun dégagement de chaleur commune avec les halloysites du premier groupe, dont quelquesunes, par leurs caractères physiques et la nature de leur gisement, semblent se rapprocher des montmorillonites.

Des clichés semblables ont été obtenus avec les montmorillonites de Saint- Jean-de-Côle (Dordogne), de Confolens (Charente), la confolensite de Confolens (Charente), la stéargilite de Poitiers (Vienne), la cymolite de l'île Cymolis (Grèce) et les argiles sinectiques de Reigate (Angleterre) et de Styrie. Avec ces deux dernières argiles pourtant le second temps d'arrêt n'est pour ainsi dire pas marqué; peut-être y aurait-il lieu d'en faire une catégorie à part.

Après avoir ainsi constaté l'existence de cinq catégories d'argiles, M. Le Chatelicr recherche quels sont les corps chimiques auxquels on doit attribuer les variations signalées dans l'élévation régulière de la température.

Sous l'influence d'un échauffement progressif, dit-il, la silice hydratée donne un ralentissement entre 100 et 200 degrés; l'alumine hydratée se comporte d'une façon très variable, suivant sa provenance. Précipitée de l'aluminate de soude, elle montre un premier temps d'arrêt avant 200 degrés et un second finissant à 330 degrés. Précipitée des sels aluminiques ou obtenue par la calcination modérée de l'azotate, elle donne sensiblement les mêmes arrêts et, en outre, une accélération brusque à 850 degrés.

C'est à la suite de ce changement de chaleur que l'alumine devient insoluble dans les acides.

Enfin l'alumine hydratée de la bauxite donne un ralentissement se terminant à 700 degrés, c'est-à-dire à la même température que celui des halloysites.

Il résulte de là que la présence de la silice hydratée ne peut être mise en

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évidence dans aucun des silicates d'alumine hydratés qui donnent à peu près tous un ralentissement entre 100 et 200 degrés ; les deux premiers hydrates d'alumine ne peuvent, au contraire, se rencontrer dans aucun cas, celui de la bauxite ne peut exister que dans le groupe des halloysites.

On voit, en outre, que le dégagement de la chaleur observé dans la cuisson des argiles des premier et second groupes doit être attribué à la transformation moléculaire de l'alumine. C'est, en effet, après ce phénomène que l'alumine des argiles devient insoluble dans les acides. Cette alumine libre, qui n'existait pas primitivement dans l'argile, résulte de la décomposition de cette dernière au moment de la déshydratation.

Pour compléter cette étude, il reste à déterminer la composition chimique des silicates d'alumine qui communiquent à chaque groupe ses caractères distinctifs.

Deux d'entre eux sont déjà parfaitement connus.

Le quatrième groupe, celui de la « pyrophyllite », 4 SiO*, APO*, HO.

Le troisième groupe, celui du « kaolin », SiO1, Alf0', HO.

Le deuxième groupe, celui des « allophanes », ne renferme qu'un petit nombre d'argiles dont la formule parait être, d'après les analyses connues, SiO'jAl'O'iAq.

Le cinquième groupe, celui de la « montmorillonite », comprend un plus grand nombre d'argiles; mais elles sont généralement très impures, renfermant des alcalis, du fer, de la chaux, du manganèse, dont la présence se manifeste par la fusibilité de la matière.

Parmi celles-ci, la stéargilite de Poitiers a paru fournir le produit le plus pur.

Lavée à l'eau légèrement acidulée, elle abandonne, outre son calcaire, une argile rouge extrêmement ténue, qui reste en suspension, et elle laisse comme résidu une argile blanche très homogène. Son analyse a donné :

SiO» 49

Al'O3 23,1

Fe*03 2,4

CaO 0,5

HO à 250 7

Les analyses antérieurement faites de la confolensite et de la montmorillonite se rapprochent de la précédente ; celle de la limonite donne un peu plus de silice.

Leur composition peut être représentée par la formule 4 Si 0*, Al1 0*, HO, Aq.

Le premier groupe, celui des « halloysites », est de beaucoup le plus important; il comprend la totalité des argiles sédimentaires et la majeure partie des argiles chimiques.

Les premières sont formées, d'après les travaux de M. Schlœsing, par unmélange de quartz, de silicate d'alumine cristallisé et d'argile colloïdale. Elles sont trop complexes pour que l'on puisse déduire aucune conséquence de leur analyse chimique brute.

IIENIUVÀUX. — LE VERRE. 159

Les argiles chimiques se rencontrent, au contraire, souvent à un très grand état de pureté, reconnaissables à leur blancheur, à leur infusibilité, à leur homogénéité et à la finesse de leur grain. Elles présentent alors une composition très régulière, représentée par la formule 2Si04, A1*0*, 2 HO, Ag, comme le montrent les analyses suivantes faites sur des échantillons triés avec soin, qui avaient servi pour les essais de calcination.

La matière avait été préalablement chauffée à 250 degrés pour chasser l'eau hygrométrique.

Les provenances étaient les suivantes :

1, Angleur; 2, Helgoat; 3, Miglos; 4, Breteuil; 5, Laumède; 6, Eisel; 7, Russie.

Calculé.

SiO?. . .

ÀlfO*. .