Caractérisation expérimentale et modélisation du comportement à la lixiviation de déchets de nature minérale

par Agustin Trujillo Vazquez

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement industriel et urbain

Sous la direction de Ligia Tiruta-Barna et de Hélène Métivier-Pignon.

Le jury était composé de Hélène Métivier-Pignon.


  • Résumé

    Les Résidus d’Epuration des Fumées d’Incinération des Ordures Ménagères (REFIOM) sont considérés comme étant des résidus de haute toxicité en raison de leur contenu en métaux lourds solubles (Pb, As, Sn, Hg, Cu, Zn, etc. . . ) et en composants organiques (dioxines et furanes). D’ailleurs, la législation française exige leur traitement par techniques de stabilisation / solidification avant de les stocker en centre de stockage des déchets ultimes. Une technique de vitrification a été développée par Electricité de France (EDF), qui vise à stabiliser les polluants contenus dans les REFIOM. Afin de pouvoir stocker ou valoriser un déchet, il est nécessaire d’étudier son comportement à la lixiviation à long terme et en particulier la rétention des éléments toxiques dans la matrice. Le présent travail a donc pour objectif l’étude des mécanismes de dissolution d’un vitrifiat de REFIOM obtenu par le procédé d’EDF, en fonction du pH et du temps. En premier lieu, une caractérisation minéralogique du vitrifiat a été réalisée grâce à différentes techniques : la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage, la microsonde électronique, les spectroscopies Raman et Infrarouge. La méthode de Rietveld a été utilisée pour déterminer la composition du vitrifiat, laquelle est constituée d’une phase majoritaire du groupe de la mélilite (92,2 %), ainsi que de phases minoritaires du groupe des pyroxènes (5,3 %) et du groupe des spinelles (2,5 %). La composition de la solution solide du groupe de la mélilite présente dans le vitrifiat de REFIOM a été établie comme étant la suivante : Ge44Ak25SM14Ha11FeGe5. Le comportement d’un vitrifiat à long terme est fortement dépendant de sa composition minéralogique. En conséquence, trois minéraux membres du groupe de la mélilite (akermanite, gehlénite et hardystonite) ont été synthétisés (avec une pureté supérieure à 94 %) afin d’étudier leur comportement à la dissolution. Le vitrifiat de REFIOM et les minéraux synthétiques ont été soumis à un essai normalisé de lixiviation (CEN TS 14429) pour l’étude de leur comportement à la lixiviation à court et long termes. Les résultats obtenus montrent des comportements de lixiviation similaires pour le vitrifiat et les minéraux synthétiques. Par ailleurs, la caractérisation des solides issus des essais de lixiviation a principalement montré une altération de la structure cristalline d’autant plus importante que le pH est acide. Afin de connaître le comportement à long terme en prenant en compte les résultats expérimentaux, la dissolution du vitrifiat de REFIOM et celle des minéraux synthétiques ont été modélisées à l’aide du logiciel PHREEQC. Les grandeurs thermodynamiques nécessaires pour réaliser les modélisations de l’hardystonite et du vitrifiat de REFIOM ont été obtenues avec le concours du laboratoire d’Hydrogéologie, Argiles, Sols et Altérations (HydrASA) de Poitiers. Pour les modélisations des mécanismes de la dissolution du vitrifiat de REFIOM, de la gehlénite et de l’hardystonite, il a été nécessaire de considérer un modèle cinétique de dissolution de minéraux silicatés en plus du modèle géochimique. Les résultats obtenus par modélisation montrent une bonne concordance avec les résultats expérimentaux. L’ensemble des résultats obtenus a permis d’établir que les mécanismes de dissolution du vitrifiat sont contrôlés par les phases du groupe de la mélilite.

  • Titre traduit

    Experimental characterization and modelisation of leaching behaviour of mineral waste


  • Résumé

    The air pollution control (APC) residues are considered as highly toxic residues. A thermal process was developed by the French power supply company (EDF) in order to stabilize the potentially pollutants of APC residues. The storage or reuse of a waste requires knowledge about its long term leaching behaviour and the toxic elements retention in the matrix. This work deals with the dissolution mechanism study for an APC residues vitrified product from EDF, with respect to pH and time influence. First, a mineralogical characterization of the vitrified product was performed using X ray diffraction, scanning electron microscopy, electron microprobe, Raman and Infrared spectroscopies. The long term behaviour of the vitrified product is strongly linked to its mineralogical composition. So, three minerals from the melilite group (akermanite, gehlenite and hardystonite) were synthesized in order to study their behaviour towards dissolution. The vitrified product and the synthetic minerals were submitted to a standard leaching test to obtain information about the short and long term leaching behaviour. The results show similar leaching behaviour for the vitrified product and the synthetic minerals. Moreover, the characterization of solids recovered after the leaching tests has mainly shown increasing alteration of the crystalline structure when pH decreases. The dissolution of the vitrified product and the synthetic minerals was modelled using the PHREEQC software to assess their long term behaviour taking into account the experimental results. The results taken as a whole show that the dissolution mechanisms of the vitrified product are controlled by the melilite group phases.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (219 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 171-178

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3379)
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