Mise en oeuvre de feldspaths naturels pour le traitement d'effluents liquides chargés en métaux lourds

par Sophie Pelte

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Gilles Flamant.

Soutenue en 2002

à Perpignan , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement (Perpignan) .

  • Titre traduit

    Use natural feldspars for recovering heavy metals from waste water


  • Résumé

    En s'appuyant sur les propriétés structurales et chimiques communes aux zéolithes échangeuses d'ions et aux feldspaths naturels, cette étude vise à évaluer et à améliorer les capacités de feldspaths à piéger des métaux lourds dans des effluents liquides contaminés. Les feldspaths qui sont des minéraux naturels à faible valeur ajoutée, se distinguent des zéolithes par une structure plus compacte. Afin d'accroître leur surface spécifique et leur sélectivité vis-à-vis des métaux étudiés (Cd 2+, Zn 2+, Pb 2+ et Cr 3+), des traitements thermiques entre 200°C et 800°C sont appliqués à l'air sur deux qualités de feldspaths sélectionnés (FELa et FELb). Après refroidissement et mise en suspension en réacteur fermé et agité, les tests montrent que les taux de rétention en ions métalliques dépendent des températures du traitement thermique. Une disparition totale des métaux en solution a lieu en présence de FELa chauffée au-delà de 600°C, tandis que la réctivité diminue progressivement au-dessous de 600°C pour FELa at quel que soit le niveau de température pour FELb. Une approche originale est entreprise pour identifier les mécanismes de rétention (précipitation, échanges ioniques, sorption) aux interfaces feldspath-métaux. Cette approche qui couple différents moyens analytiques (BET, XRD, MEB-WDS, XPS, ICP-OES et mesures électrocinétiques) vise à corréler les modifications physiques et chimiques occasionées par le chauffage sur le minéral à sa réactivité. L'influence du PH et la concentration en électrolytes tels que CA 2+, K+ et Na+ est également étudiée. A l'exception des ions Cr 3+ qui précipitent en surface sous forme d'hydroxydes, l'ensemble des résultats conduit à classer les métaux en deux catégories. La première catégories d'ions métalliques (Cd 2+ et Zn 2+) qui établit des liaisons plus faibles avec la surface est plus sensible à la charge surfacique du minéral. La seconde catégorie (Pb 2+) qui établit des liaisons plus fortes est quant à elle plus sensible au pH, à la concentration des ligands anioniques dissous ou encore à la spéciation des groupes fonctionnels de surface. La seconde partie de ce travail est consacrée à l'étude thermodynamique et cinétique de la réaction d'adsorption du système FELa-Cd. Le formalisme de Langmuir permet de cécrire le profil des isothermes expérimentales et de déduire la capacité de saturation FELa pour Cd dans un contexte chimique donné. Un modèle cinétique incorporant deux termes diffusionnels (film et pores) et un terme réactionnel donne une représentation satisfaisante des cinétiques expérimentales obtenues sur différentes granulométries. La nécessité d'intégrer des modèles de complexation de surface tenant compte des facteurs de réactivité testés dans la première partie de cette étude est également évoquée.


  • Résumé

    Based on structural and chemical analogies between the natural ion exchange zeolites and feldspars, this study aims to value and to improve the potential sorptive properties of feldspars for recovering heavy metals from wastewater. Feldspars are low-cost natural minerals but are characterised by a higher density aluminosilicate straucture than zeolites. Thermal treatments of two pre-selected specimens (FELa and FELb) have been performed in air at various temperatures (ranging from 200°C up to 800°C) in order to increase the specific surface area and the affinity of feldspars for the metal ions studied (Cd 2+, Zn 2+, Pb 2+ et Cr 3+),. .

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Informations

  • Détails : 184 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 177-183

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Perpignan Via Domitia. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2002 PEL
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