Les métaux traces dans le clinker de ciment Portland : rétention dans les mortiers et fixation dans les hydrates

par Ivan Serclerat

Thèse de doctorat en Sciences et Techniques du Déchet

Sous la direction de Pierre Moszkowicz.

Soutenue en 1996

à Lyon, INSA , en partenariat avec LAEPSI - Laboratoire d'Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes Industriels (Lyon, INSA) (laboratoire) et de école doctorale non créée (laboratoire) .


  • Résumé

    Ces travaux visent à caractériser le devenir des métaux lourds introduits dans les fours à ciment par les matières premières naturelles, les combustibles fossiles ou les déchets utilisés comme combustibles. La partie expérimentale a porté sur l'étude de ciments industriels et de ciments de laboratoire enrichis en zinc, plomb et chrome au cours de la cuisson. Des tests de lixiviation ont permis de montrer que le zinc est quasiment insoluble entre pH 7 et pH 13. Le plomb est solubilisable uniquement dans les contextes de pH supérieurs à 12,5. Le chrome (VI), dont les sels courants sont très solubles, est fixé dans une phase hydratée, l'ettringite, qui reste stable dans le contexte chimique assuré par la matrice cimentière. Les relargages de plomb et de chrome sont proportionnels à leurs teneurs respectives dans le ciment. Il a été suggéré un mécanisme de relargage des métaux lié à la solubilité de l'espèce solide les contenant, en fonction du contexte chimique régnant localement à l'interface liquide-solide. Le mécanisme de fixation des métaux dans les hydrates a été étudié grâce à un suivi des concentrations en métaux dans la phase liquide du ciment au cours de l'hydratation. Le chromate est intégré dans le cristal d'ettringite, en substitution du sulfate. L'étude de la solubilisation du chrome par cette phase complexe a montré que le chrome est libéré en proportion de sa concentration dans l'ettringite, et a mis en évidence une dissolution préférentielle du métal par rapport au sulfate. Ces résultats ont permis d'éclairer en partie le mécanisme de relargage du chrome par les mortiers.

  • Titre traduit

    = Trace metals in Portland cement clinker : retention in mortars and bounding in cement hydrates


  • Résumé

    This work aimed to assess the retention in the mortars of the heavy metals fed in a cement kiln with natural raw material, fossil fuels or waste derived fuels. Industrial cement has been studied, along with laboratory samples enriched during clinkering in lead, zinc and chromium. The relevant mortars were tested for metal release through leaching studies in various chemical contexts. Zinc appeared to be insoluble in the pH range 7-13. Lead is released only in alcaline medium above pH 12. 5. Hexavalent chromium whose salts are usually very soluble, is though retained in a hydrated phase that is stable in the chemical environment ensured by the cement matrix. Lead and chromium released are linked to the metal levels in the mortars. The solubility of the solid phases, in the chemical context of the pore fluid at the solid/liquid interface, appeared to be controlling the leaching rate of the metallic compounds. Fixation mechanisms of the heavy metals in the cement hydrates has been explored through the monitoring of the metal concentration in the liquid phase during cement hydration Chromate was found to substitute for sulfate in the ettringite crystal. The solubility studies of a chromate+sulfate ettringite revealed that chromium release is linked to its proportion in the crystal. A selective dissolution of the chromium part of ettringite has been pointed out. This Ieads to a lowering of the chromium level in such a solid contacted with water. These results improved the understanding of the release mechanisms of chromium by the mortar blocks.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (235 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Ecole des Mines d'Albi. Centre de documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : E120-SER
  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1966)
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