Conversion des chlorures de métaux lourds en verres de phosphate

par Sébastien Donze

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels

Sous la direction de Gérard Palavit.


  • Résumé

    Le traitement des REFIOM par vitrification conduit à l'obtention d'un vitrifiat et d'une petite fraction résiduelle issue du traitement des fumées où se trouvent concentrés les composés toxiques : les cendres secondaires. Celles-ci sont riches en métaux lourds sous forme de chlorures et en chlorures d'alcalins, NaCl et KC1. La forte solubilité et la très grande volatilité des chlorures s'avèrent particulièrement contraignantes pour les opérations d'inertage des métaux lourds. Il apparaît donc nécessaire de procéder à une étape de conversion de ces chlorures de métaux lourds afin de les récupérer sous une forme stable chimiquement et thermiquement. Dans ce cadre, nous avons étudié un procédé original de conversion à haute température des chlorures de métaux lourds utilisant les phosphates. Notre démarche a consisté en l'étude des bilans de matière et de la structure des produits de conversion afin de comprendre les différentes réactions chimiques du mécanisme de conversion. La spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) a été utilisée pour caractériser l'influence des paramètres expérimentaux sur la nature et la structure des matrices phosphates générées par le procédé de conversion à haute température. Dans un premier temps, nous détaillons notamment, grâce à l'étude d'un système modèle ne contenant que PbC12 et CdC12, les différentes réactions chimiques qui se déroulent durant l'étape de conversion. Ensuite, l'influence des chlorures d'alcalins NaCl et KC1 sur la conversion des chlorures de métaux lourds (PbC12 et CdC12) est etudiée de sorte à étendre le procédé de conversion aux cendres secondaires riches en chlorures d'alcalins. Plusieurs techniques RMN ont été utilisées pour caractériser la structure des verres de phosphate générés par la conversion. Pour terminer, nous avons jugé de la potentialité d'utilisation de telles matrices vitreuses en tant que matériaux d'encapsulation de déchets. Le dernier point qui est abordé concerne l'optimisation de la durabilité chimique de ces matériaux par ajout d'oxyde de fer, Fe203.


  • Résumé

    During fly ash vitrification processes, heavy metals volatilize and are recovered into chlorinated salts, called secondary ashes. Due to the volatility of heavy metal chloride compounds, the thermal treatment of these secondary ashes must involve first the conversion of the toxic chlorinated salts into a thermaly stable form. Therefore, we propose a method for the stabilisation of heavy metal wastes generated in fly ashes vitrification processes, based on the batch conversion of çhlorinated species (heavy metal chlorides and alkali chlorides) with ammonium dihydrogenphosphate, that produces phosphate glasses. Our approach of the problem is dual. First, we have stated, thanks to elemental analyses, the different chemical reactions of the conversion mechanism as a fonction of the batch composition. Secondly, the structural study of the phosphate glasses obtained by the thermal conversion process have been achieved using NMR spectroscopy. To set about this study, we have prepared synthetic mixtures to be converted. The first one is a simplified batch, containing PbC12 and CdCl2 only. The second one contains also also sodium chloride and potassium chloride and the batch compositions are choosen so that they correspond to an average secondary ash composition. Finally, some results about the chemical durability of the phosphate glasses obtained by the conversion process are presented and the improvement of the chemical durability of these phosphate glasses with iron oxide addition is discussed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 92 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1999 DON 1222
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