Demande d'aide : Coulures de manganèse sous l'effet de l'acide chlorhydrique

[keramos96]

Bonjour,
je me présente, stagiaire en recherche et développement dans une entreprise spécialisée en tuiles et briques en France. Je travaille sur un problème de coulures de manganèse sur les joints de ciments, et qui proviennent de briques de parement colorées dans la masse. En fait, nous réalisons des essais de trempage de briques ( avec différents taux de MnO2) dans l'acide chlorhydrique et nous inspectons les changements de couleurs; des fois la couleur de la solution change en brun et des fois en jaune...Bref,nous arrivons pas à expliquer concrètement ce phénomène ( quelle réaction? quels produits? pourquoi telles couleurs?)
j'attendrai vos réponses avec impatience, merci d'avance!!
N.B: composition des briques : argile, sable,manganèse.
-----

[40CDV20]

Bjr,
A priori il ne s'agit pas de briques à liaison céramique T> 1500°C, donc vraisemblablement une cuisson dans la plage 900-1200°C. Si c'est le cas il est probable que le manganèse soit sous forme de Mn3O4 (Haussmannite), bien qu'il faille également considérer le taux d'oxygène.
Pour obtenir plus de retours avisés, il me semble que vous devriez préciser la forme du Mn à introduction (dioxyde, minerai,...), la teneur, la plage de température de cuisson et le cas échéant le type d'atmosphère.
Cdt

[keramos96]

Bonjour,
Effectivement il ne s'agit pas de briques à liaison céramique, nos cuissons se font dans une plage 950-1140°C en atmosphère oxydante . On utilise 2 types de Manganèse dans nos mélanges; soit Mn3O4 pour les mélanges bruns ou MnO2 pour les noirs (sous forme dioxyde).
Concernant les teneurs, on fait varier à chaque fois 3 teneurs dans notre plan d'expériences: 2,3 et 4% de manganèse.
je vous remercie d'avance de votre réponse !

[40CDV20]

Bjr,
Je ne sais pas grand chose des oxydes de Mn que l'on ne rencontre quasiment pas dans l'élaboration des réfractaires et autres céramiques.
Je pense avoir compris que les poseurs de vos briques se plaignent de coulures après pose au mortier hydraulique et décapage chlorhydrique des efflorescences et laitances, d'où vos tests qui en première lecture interpellent !
Je pense bien entendu à la réaction du bioxyde MnO2 sur l'acide chlorhydrique qui conduit à la formation de chlore (gaz) et de chlorure de manganèse. Cependant ne prenez pas ceci pour argent comptant, car ce n'est pas mon domaine.

Ceci dit, je suis persuadé qu'un distingué chimiste sera à même d'expliquer ce que vous constatez.
Cdt

[A voir en vidéo sur Futura]

[ecolami]

Bonsoir,
La répartition de l'oxyde de manganèse varie peut-être dans la masse. Cela pourrait venir de la granulométrie. J'imagine que vous avez déja fait des tests avec l'acide et l'un ou /et l'autre oxyde de manganèse. Dans le cas ou du Manganèse II se forme avec l'acide chlorhydrique il est susceptible de s'oxyder à l'air, ce qui se traduirai par une première phase de décoloration suivie d'une recoloration. .
Enfin est-ce que ce procédé de coloration est employé sans problèmes par des concurrents, ou non?

[moco]

Bonjour,
C'est peut-être tout simplement une impureté de fer dans le minerai. Le fer est l'un des éléments les plus courants sur la terre. On en trouve dans toutes les matières extraites de l'écorce terrestre. Or le fer et ses oxydes se dissolvent dans l'acide chlorhydrique. En présence de l'oxygène de l'air, il forme du chlorure de fer(III) qui est brun en solution. Et en présence d'acide chlorhydrique relativement concentré, il se forme l'ion tétrachloroferrate(III) FeCl4- qui a une couleur jaune.

[40CDV20]

Bjr Moco et Ecolami,
En cherchant un peu sur des sites en relation avec l'activité de briqueterie, tant de langue française qu'anglaise, et en compilant, on constate que le phénomène rapporté est connu. Hors Keramos96 donne l'impression de "tomber de l'armoire"
L'utilisation de solutions chlorhydrique à des fins d'élimination de laitance et d'efflorescence est déconseillé. L'acide sulfanilique est recommandée, ou à défaut un mélange chlorhydrique-phosphorique </=10% V/V (sorte d'effet barrière du phosphate de calcium produit à partir du mortier ?) Bien entendu un rinçage copieux est obligatoire.
Par contre, on trouve assez peu d'explications "scientifiques". Dans cette réalisation de briques de parement T°C < 1200, il n'y a aucune céramisation ni autoliaison qui ne s’opèrent qu'à T°C > 1500. On peut donc considérer que les oxydes de Mn sont non combinés. Si on considère les teneurs de colorants </=3%, dans la mesure où ils sont bien incorporés, le problème existerait il ? A moins que ces briques ne soient réalisées pour des raisons de coût avec une "âme en pâte dégradée"
Il est fait état ce que chacun ici connait, de la réactivité de MnO2 sur HCl. Lors de la cuisson, sont rapportées les transformations suivantes de MnO2 :
MnO2 devient à >680° Mn5O8 devient à >800° Mn2O3 devient à >990° Mn3O4. Il apparaît également une forme d'équilibre réversible entre Mn2O3 (bixbyite) et Mn3O4 (Haussmannite) selon l'atmosphère plus ou moins oxydante du four.
On note que, chaque oxyde générant une teinte ils peuvent êtres ajoutés de concert.
Effectivement comme le suggère Ecolami, il est aisé de vérifier le "comportement chlorhydrique" des divers oxydes ou colorants à l'état de leur incorporation dans le mélangeur, et des mêmes après avoir été portés à la température de cuisson, et dans des conditions aussi proches que possible de cette opération.
S'agissant d'informations émanant de syndicats professionnels et/ou d'établissements industriels, ce qui est rapporté au dessus demande naturellement à être vérifié
Cdt

[moco]

Bonjour,
Je persiste à croire que les couleurs rapportées par Keramos proviennent des impuretés de fer. En effet, les différents oxydes de manganèse réagissent souvent avec HCl. En particulier MnO₂ réagit et forme une solution de MnCl₄ qui est brune certes, mais instable. Il se décompose en quelques minutes en MnCl₂ qui est incolore, et en gaz chlore Cl₂. Cela ne joue pas avec les observations de Keramos. Et à ma connaissance, il n'existe pas d'autres chlorures de manganèse, à part MnCl₄ brun et MnCl₂ incolore.
Le fait que Keramos obtienne des solutions qui sont parfois brunes et parfois jaunes, montre que ces solutions contiennent du fer ferrique Fe(III). L'ion ferrique Fe³⁺ est de couleur brune en solution. Et en présence d'une concentration élevée en HCl, Fe³⁺ forme l'ion FeCl₄^- qui est jaune en solution. C'est assez précisément ce qu'a observé Keramos, des solutions tantôt brunes, tantôt jaunes. Le manganèse n'y est pour rien.

[keramos96]

Bonjour,
Réponse très complète et bien développée, je vous en remercie. le seul soucis c'est qu'on est très carré dans notre plan d'expérience et on respecte la même concentration d'acide à 10%, le meme ratio liquide/solide et le mêm temps de lixiviation pour toutes nos solutions. je vois pas comment on pourrait se trouver en concentration élevée dans certains essais et pas dans les autres ?!

[ecolami]

Bonsoir,
Avez vous fait de essais avec des tuiles NON teintées afin de faire la part des choses entre le Fer et le Manganèse.

[keramos96]

bonne idée!! , je sais pas si mon responsable accepterait de le faire pour des raisons de coût mais je lui proposerai quand même votre idée ça vaudrait le coup d'essayer.