CINETIQUES ET MECANISMES DE RELARGAGE DES METAUX LOURDS PRESENTS EN TRACES DANS LES MATRICES CIMENTAIRES. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

CINETIQUES ET MECANISMES DE RELARGAGE DES METAUX LOURDS PRESENTS EN TRACES DANS LES MATRICES CIMENTAIRES.

Résumé

Chemical species contained in a solid matrix may be transferred to the environment through water leaching. Previous studies of trace metals released from building materials (particularly cement-based ones) highlight an important analytical difficulty. The aim of this study is to determine the kinetics and the mechanisms involved in the release of trace heavy metals (Cr, Cu, Ni, Pb, V and Zn) from industrial cement pastes (usually ranging from 20 to 300 ppm).

The development of a dynamic leaching system, named CTG-LEACHCRETE, (used at pH=5, 20°C) which permits the evaluation of the kinetics of trace heavy metals is presented in the first part. Also, innovative solid analysis techniques (ICP-MS-Laser Ablation, local and Grazing Incidence X-rays Diffraction (GIXD) technique) were used to characterise the cement-degraded layers formed during leaching experiments. These techniques enable to monitor the mineralogical evolution and the distribution of trace metals in these areas. The confrontation of these two approaches, kinetic and solid analysis, coupled with a thorough investigation of previously developed models, lead to proposals concerning the mechanisms of release of the trace heavy metals studied.

In all the cement pastes studied (CPA-CEM I, CPJ-CEM II/A and CLC-CEM V/A), chromium is trapped in ettringite by substitution SO42-ÛCrO42- and its release is then controlled by the dissolution of this hydrate. The behaviour of copper, nickel and zinc in degraded areas and in leachates, are correlated to the silicon of the hydrated calcium silicate (CSH), which imply that they are localised there. Lead, was never detected in the leachates. But it is also correlated to the silicon in the degraded layers.
Les espèces chimiques contenues dans les matrices solides sont susceptibles d'être transférées vers le milieu ambiant, notamment lors de leur contact avec l'eau. Les études précédentes du relargage des métaux lourds traces contenus par les matériaux de construction (en particulier ceux à base de ciment) lors d'essais de lixiviation, montrent une difficulté analytique importante. L'objectif de cette étude est de déterminer les cinétiques et les mécanismes de relargage de métaux traces (Cr, Cu, Ni, Pb, V et Zn) des pâtes de ciments industriels (présents à des teneurs de l'ordre de 20 à 300 ppm).

Le développement du test de lixiviation dynamique CTG-LEACHCRETE (utilisé à pH=5, 20°C) permettant d'accéder aux cinétiques de relargage des métaux lourds traces est présenté dans une première partie. Ensuite, des techniques d'analyse du solide (ICP-MS-LA, DRX locale et en incidence rasante (GIXD)), novatrices quant à leur application aux matrices cimentaires, ont été employées pour caractériser les zones dégradées générées lors de la lixiviation. Ces techniques permettent de suivre les transformations minéralogiques et la répartition des métaux lourds traces dans ces zones. La confrontation de ces deux approches, cinétique et analyse du solide, couplée à l'exploitation approfondie des modélisations existantes a alors permis de proposer les mécanismes de relargage des métaux lourds traces étudiés.

Dans toutes les pâtes de ciments de l'étude (CPA-CEM I, CPJ-CEM II/A et CLC-CEM V/A), on a démontré que le chrome est piégé dans l'ettringite par substitution SO42-ÛCrO42- et que son relargage est régi par la dissolution de cet hydrate. Le comportement du cuivre, du nickel et du zinc dans les phases solides et dans les lixiviats, est corrélé à celui de la silice des CSH, ce qui suppose que ces métaux s'y trouvent localisés. Enfin, le plomb n'est jamais détecté en phase liquide. Son comportement est également corrélé à la silice dans les zones dégradées.
Fichier principal
Vignette du fichier
tel-00002509.pdf (3.3 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates et versions

tel-00002509 , version 1 (04-03-2003)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00002509 , version 1

Citer

Emmanuel Moudilou. CINETIQUES ET MECANISMES DE RELARGAGE DES METAUX LOURDS PRESENTS EN TRACES DANS LES MATRICES CIMENTAIRES.. Géologie appliquée. Université d'Orléans, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00002509⟩
1166 Consultations
3890 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More