OXYDES DE CALCIUM
845. Protoxyde de calcium CaO. — L’oxyde de calcium ou chaux vive s’obtient par la calcination du carbonate, de l’by-
drate ou de l’azotate de calcium. Pour l’obtenir pur on soumet à la calcination le carbonate précipité ou le marbre blanc. Industriellement on a recours aux calcaires grossiers désignés sous le nom de pierre à chemx, qui fournissent de la chaux plus ou moins pure et douée de qualités spéciales suivant la quantité et la nature des substances qui l’accompagnent.
La calcination ou cuisson des pierres à cbaux s’effectue dans des fours intermittents ou dans des fours coulants.
Le four à cuisson intermittente, le plus usité, est en maçonnerie avec un revêtement intérieur en briques réfractaires. Il a une hauteur de 3 a 4 mètres et une forme ovoïde (fig. 187). On y construit avec les fragments de calcaire les plus volumineux une voûte qui doit supporter toute la charge, composée de calcaire de plus en plus petit, de manière que les plus gros reçoivent le plus de chaleur. On allume le feu sous la voûte en le poussant graduellement jusqu’à ce que les fragments supérieurs soient bien calcinés et que la (lamme sorte*
Fig. 187.
l'HOTOXYDK DE CALCIUM.
iliO
(lu giu'ulard sans produire do funn'uc Alors ou laisse relroidii’ (^l on défourne.
La calcinalion du calcaire exige une lempéraUire très (ilevée, mais sa décomposition est facilitée par le passage des gaz du foyer et de la vapeur (reau provenant de l’humidité qui imprègne la pierre à chaux.
Les fow'fi coidant>>^ à cuisson continue^ réalisent une grande économie de temps et de combustible et produisent en outre une cuisson plus régulière. La ligure 188 représente un de ces fours. C’est un haut fourneau de 8 à 10 mètres de haut, chauffé par un foyer latéral alimenté par dubois, de la houille ou de la tourbe,
La tlamme s’élève par le carneau b et pénètre dans le four par trois ouvertures c situées à l“,o0 de la sole, et dont Tune seulement est représentée dans la ligure.
L’embrasure 6/, opposée au foyer, sert à retirer la chaux cuite. La mise en train s’effectue comme dans les fours intermittents en allumant du feu sous la voûte construite pour le début de i-ss.
l’opération. Quand le calcaire est porté au rouge jusqu’à la hauteur des ouvertures c on arrête le feu sur la sole et on pousse celui du foyer latéral. Pour activer le tirage, on surmonte le four d’une hotte en tôle /munie d’une porte fj, par laquelle on charge le calcaire dans le gueulard c. toutes les douze heures on retire la chaux qui occupe la partie inférieure du four et on charge de calcaire par le haut.
La chaux vive pure est une masse amorphe blanche de 3,08 de densité, complètement infusible et indécomposable par la cbaleur. M. Brügelmann l’a obtenue en petits cubes brillants, en calcmant l’azotate calcique dans un ballon de porcelaine. Elle a
ou
CALCIUM
puur Ttuiu iiiK* grand** aHiiiild, aussi (‘sl-ull** ri‘(;(|uummcnL <*inployéo dans les laboi-aLoires roinniu agoni do dossiccalion ; ollo sert on outre pour l’analyse des silicates, pour le dosage du chloi’o, du brome et de l’iode dans les analyses organiques.
846. Hydrate de calcium (b^(01J)^ — La cbaux vive, en s’bydratant au contact de l’eau produit un dégagement de cbaleui’ considérable (15 calories, llertbelot), capable d’élever la température à 300", aussi une portion de l’eau est-elle réduite en vapeur. La cbaux dans cette opération se délUe, c’est-à-dire se gonfle beaucoup et se réduit en une poudre blanche, qui est la ckanx éteinlr ou chaux hydratée. Lorsque la cbaux n’est pas pure, cette hydratation est quelquefois lente à se produire; elle foisonne moins. La chaux de cet ordre porte le nom de chaux maigre par opposition à la cbaux pure ou chaux grasse.
La chaux vive absorbe l’immidité de l’air, mais elle prend alors en même temps de l’acide carbonique.
La cbaux est un peu soluble dans l’eau, et elle l’est plus à froid qu’à chaud. La solution de chaux dans l’eau porte le nom (Veau de chaux. Elle se trouble par l’ébullition. La solubilité varie un peu avec le degré d’agrégation et par conséquent avec la manière dont elle a été obtenue. Voici, d’après A. Lamy, la solubilité de la cbaux vive dans 1 litre d’eau; la première colonne se rapporte à la cbaux obtenue à l’aide du carbonate; la seconde à celle obtenue par la calcination de l’hydrate :
lg'^,362
La présence des alcalis diminue beaucoup cette solubilité. Lar contre la chaux se dissout abondamment dans l’eau sucrée, et beaucoup plus à froid qu’à chaud; la solution faite à froid se gélatinise à chaud et redevient limpide parle refroidissement.
Évaporée dans le vide, Veau de abandonne des cristaux
d’hydrate Ca(OH)“ en lames hexagonales ou en prismes, qui ont pour densité 2,239 (Gay-Lussac). L’eau de cbaux a une réaction et une saveur alcalines. Exposée à l’air, elle se recouvre rapidement d’une pellicule cristalline de carbonate de calcium.
Le peu de solubilité de ta chaux dans l’eau fait qu'on l'emploie le pi U s s O U V e n l s i m P 1 em e n t (1 é 1 ay é , c ’ e s t - à - d i r e à l’ é t a l d» * / d e ch a ux.
MORTIERS ET CIMENTS
Usages. — La chaux est employée en grandes quantités par beaucoup d’industries : dans la stéarinerie, pour la fabrication des bougies; dans la tannerie, pour l’épilage des peaux; dans la sucrerie (défécation des jus sucrés); dans la fabrication de rammoniaque et la caustification des alcalis. Mais le principal usage, le plus ancien, est la préparation des mortiers.
MORTIERS ET CIMENTS
847. Les mortiers sont des mélanges de chaux et de sable destinés à réunir solidement les matériaux de constructions, briques, moellons, pierres de taille. Exposés à l’air, ils durcissent lentement et adhèrent alors avec une grande force aux matériaux qu’ils doivent rendre solidaires. Il faut distinguer deux espèces de mortiers ; les mortiers ordinaires ou aériens^ qui durcissent à l’air et sont employés dans les constructions ordinaires, et les mortiers ou ciments hydrauliques qui font prise sous l’eau.
Mortiers ordinaires. — Ils sont obtenus par le mélange de chaux grasse et de sable. La chaux seule pourrait servir de mortier, car en durcissant elle adhère fortement aux matériaux, seulement elle ne présenterait par elle-même qu’une faible cohésion, par suite du retrait qu’elle subit. En y incorporant du sable, elle s’y fixe et forme un ensemble beaucoup plus résistant.
Pour préparer un mortier, on éteint la chaux vive dans une fosse en maçonnerie ou sur une aire avec une quantité d’eau telle que l’on obtienne finalement une bouillie épaisse (1 partie de chaux grasse retient 2^,9 d’eau). On y mélange alors intimement le sable, de dimensions variables suivant les cas, et en proportions variant avec la nature de la chaux. Pour 1 volume de pâte de chaux grasse on emploie de 3 à 4 parties de sable. Pour la chaux maigre, on ne prend que 1 à 2 volumes de sable. Ces chaux maigres renferment plus ou moins de magnésie, d’oxyde de fer et d’argile, elles ne donnent qu’une pâte courte et peu liante.
Avant d’appliquer le mortier, on mouille généralement les matériaux afin qu’ils n’aspirent pas par capillarité l’eau du mortier.
Le durcissement du mortier commence après quelques jours et ne s’effectue que très lentement. Il est dù à l’absorption do l’acide carbonique de l’air et à l’élimination progressive de l’eau, et à ces deux causes seulement. Beaucoup d’auteurs ont pensé que la II. — Chimie minérale. 11
CALCIUM
silice (lu sable intervient pour former un silicate calcique, mais cette opinion n’est pas fondée. On peut remplacer, en effet, le sable siliceux par du sable calcaire ; de plus, le mortier enfermé dans l’épaisseur d’une muraille, à l’abri de l’air, conserve sa consistance pendant des années. Enfin l’analyse de mortiers anciens (phéniciens, grecs et romains) a montré qu’ils sont uniquement composés de carbonate de calcium et de sable en proportions variables (Wallace).
Chaux hydrauliques, ciments. — Il est des calcaires qui par leur cuisson fournissent des chaux qui ont la propriété de faire prise sous l’eau plus ou moins rapidement, en formant une masse d’une grande dureté. Ces chaux se délitent très lentement, sans augmentation notable de volume et donnent avec l’eau une pâte courte qui ne durcit pas à l’air. L’analyse des calcaires et des chaux qui en résultent, en montrant à quelle cause est due cette différence de propriétés des chaux dites hydrauliques, a permis de fabriquer des ciments artificiels, fabrication importante, les calcaires hydrauliques étant relativement rares. Voici, d’après >1. Hervé Mangon, la composition de quelques chaux hydrauliques provenant directement de calcaires :
Origine. CaO
Saint-Germain (Ain). .. . 83,0
MgO
Fe203
Argile.
Moyenn. hydraul.
Chanay (près Mâcon). . . . 84,0
Hydraulique.
Nîmes
Hydraulique.
Metz
Éminemment
Senonches (Eure-et-Loir). 70,0
hydraulique.
Les chaux moyennement hydrauliques font prise après quinze ou vingt jours d’immersion; les chaux hydrauliques après six ou huit jours; les chaux éminemment hydrauliques enfin, après deux ou quatre jours. Comme on le voit, c’est à l’argile ou silicate aluminique que les chaux hydrauliques doivent leur propriété fondamentale.
Le degré de cuisson du calcaire a une grande influence sur l’hydraulicité de la chaux qui en résulte, une cuisson trop forte tend en effet à fritter le produit par un commencement de fusion ou même à le vitrifier. Si la cuisson n’a pas atteint ce degré, la chaux hydraulique est susceptible de faire prise quelques heures après avoir été gâchée. Le ciment dit romain fait prise au bout
MORTIERS ET CIMENTS
de quinze à vingt minutes. Le ciment de Vassy appartient à cette catégorie. Lorsqu’au contraire la cuisson a été poussée jusqu’au ramollissement, la chaux obtenue ne fait plus prise que lentement : c’est le plus souvent ce que l’on recherche, et le ciment de Portland est le type des ciments à lyrise lente. On obtient le ciment à prise lente en chauffant jusqu’au ramollissement un mélange de 21 à 23 p. 100 d’argile, et de 79 à 77 p. 100 de carbonate de calcium. Si la proportion d’argile est notablement plus forte, le produit ne fait plus prise avec l’eau ; si c’est le calcaire qui est en excès, on obtient un ciment à prise rapide, mais altérable par les agents extérieurs.
La fabrication des ciments artificiels consiste donc à ajouter une proportion convenable d’argile aune chaux grasse, avant ou après la cuisson du calcaire. Les marnes, étant des mélanges naturels de calcaire et d’argile, peuvent servir à la fabrication des ciments, à condition de ramener leur composition aux rapports ci-dessus, par l’addition de calcaire ou quelquefois d’argile ; leur analyse préalable est donc nécessaire. Les substances doivent être mélangées intimement; pour cela on les broie à la meule, on les arrose d’eau et on les moule en briquettes que l’on cuit dans un four. Finalement les briques cuites sont de nouveau broyées.
Ces ciments sont employés pour faire, avec 2 parties de sable, des mortiers qui doivent faire prise après six ou dix heures.
Pouzzolanes. — Ce sont des substances qui, mélangées en certaines proportions à la chaux grasse éteinte, produisent, au bout d’un temps plus ou moins long, un mortier hydraulique. La pouzzolane naturelle, dont les Romains faisaient usage pour leur ciment, est un tuf volcanique formé principalement de silice (40 à 60 p. 100) et d’alumine (13 à 22 p. 100) avec des quantités assez variables d’alcalis, d’oxyde de fer et de chaux. On obtient des pouzzolanes artificielles par la calcination des argiles.
On mélange ces pouzzolanes pulvérisées avec la chaux éteinte dans la proportion de 1 vol. pour 0"^°', 4 de chaux grasse en pâte.
Le béton est un mélange de matériaux hydrauliques avec des cailloux.
La solidification de la chaux hydraulique et des ciments au contact de l’eau est due à la réaction des principes qui les constituent. D’après les travaux mémorables de Vicat, les éléments es-
SELS OXYGÉNÉS DU CALCIUM
senliols de ces produits sont la chaux, la silice et l’alumine. Au ontact de l’eau, ces composés réagissent les uns sur les autres ^our former, soit un silico-aluminate de calcium hydraté, soit du silicate et de l’aluminate de calcium. Quant aux quantités variables d’oxyde de fer et de magnésie, elles ne jouent qu’un rôle très secondaire, ainsi que l’acide carbonique extérieur.
848. Bioxyde de calcium. — L’hydrate LaO^-|-81PO se précipite en cristaux microscopiques lorsqu’on verse de l’eau oxygénée dans un excès de chaux (Thénard, Schœne). Ces cristaux s’eflleurissent à l’air. Chauffés à 136°, ils laissent le bioxyde anhydre sous forme d’une poudre légère qui se transforme en protoxyde au rouge sombre.
SELS OXYGÉNÉS DU CALCIUM
849. Sels des acides oxygénés du chlore, etc. — Hypo- CHLORITE. Voir 1. 1, p. 290 à 297.
Chlorate (C10^)^Ca-[-21:P0. — Il cristallise dans le vide en prismes clinorhombiques déliquescents, solubles dans l’alcool. Il se produit par l’action du chlore sur un lait de chaux à 60° et sert à la fabrication du chlorate de potassium.
Perchlorate (C10'')^Ca. — Prismes déliquescents, solubles dans l’alcool.
Bromate (BrO^)^Ca-f- IPO. — Prismes orthorhombiques pyramidés, assez solubles dans l’eau.
loDATE (IO^)T/a -}- 6H^O. — Cristaux orthorhombiques peu solubles.
Periodate (I0^)^Ca-j-3H20. — Précipité cristallin.
SULFITE DE CALCIUM. — SQ3Ca.
850. Le sulfite de calcium est un précipité blanc soluble dans 800 parties d’eau. Il se dissout facilement dans un excès d’acide sulfureux et cette solution l’abandonne par l’évaporation de l’acide sulfureux en aiguilles hexagonales renfermant SO^Ca-4-2IPO. Cette solution est employée dans la brasserie pour la conservation de la bière.
hy P O sulfite est soluble dans son poids d’eau froide; sa solution se décompose à 60°.
