Caractérisation physico-chimique du résidu de bauxite vénézuélienne : évaluation des options de valorisation dans le domaine environnemental

Physical-chemical characterization of Venezuelan bauxite residue : evaluation of utilization options in the environmental area

• Auteur / Autrice : Brenda Omaña Sanz
• Direction : Arnaud Gauthier, Michel Dubois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie environnementale
• Date : Soutenance le 23/07/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sols -- Décontamination

Isotopes radioactifs

Adsorption

Spéciation (chimie)

Exhaure acide

Déchets -- Valorisation

Toxicologie

Biodisponibilité

Boues rouges

Recyclage

Résidus

Bauxite -- Mines (sites d'extraction)

Mots clés libres

Isotherme de Langmuir

Résumé

Le résidu de bauxite communément appelé boue rouge est un déchet industriel généré lors de la production d'alumine. Le stockage de ces déchets est considéré comme un important problème environnemental, notamment du fait de la nature caustique du matériau (pH >10) et des quantités générées (d’environ 1,5 t par tonne d’alumine produit). La production de l’alumine vénézuélienne (par CVG Bauxilum) a ainsi généré plus de 15 millions de m3 de résidus de bauxite. Paradoxalement, aucune recherche n’a encore été menée sur les propriétés de ces résidus en tant que matériau pouvant être utilisé dans le domaine environnemental. Les objectifs principaux de ce travail de thèse sont une caractérisation physico-chimique du résidu de bauxite vénézuélienne (fraction solide) ainsi qu’une évaluation des options de valorisation, notamment comme agent de remédiation des systèmes pollués. Une approche intégrée couplant la chimie, la minéralogie, le pH, la granulométrie, la surface spécifique et le contenu en radionucléides, avec des études de spéciation chimique et de biodisponibilité, a permis de mettre en évidence certaines des caractéristiques très importantes notamment 1) une teneur élevée en Th et U et leur isotopes respectifs Th232 et U238, ainsi qu’en lanthanides 2) le risque potentiel chimiotoxique du résidu vis-à-vis de fractions très labiles pour des éléments tels que l’aluminium et l’uranium 3) des propriétés de sorption intéressantes vis à vis d’éléments toxiques, Pb, Zn et As, du fait de la grande surface spécifique du résidu, notamment en milieu acide (cas d’un drainage minier acide). L’ensemble des résultats de ce travail, a montré que l’utilisation potentielle des résidus de bauxite vénézuélienne dans des domaines clés tels que l'assainissement des systèmes pollués (comme amendement ou un agent sorbant) et dans la récupération de métaux d’intérêt économique pourrait être une voie possible pour la valorisation de ce déchet.

The bauxite residue commonly called ‘red mud’ is an industrial waste generated during the production of alumina. The storage of this waste is considered as a major environmental problem, especially because of its caustic nature (pH> 10) and the huge produced quantities (about 1.5 t per tonne of alumina produced). The production of Venezuelan alumina (CVG Bauxilum) has generated more than 15 million m3 of bauxite residue. Moreover, no research has yet been conducted on the properties of these residues and their utilization in the environmental field. The main goals of this study focus on the physical and chemical characterization of Venezuelan bauxite residue (solid fraction) and in an evaluation of its applications as an agent for remediation of polluted systems. An integrated approach coupling chemical composition and adsorption properties, mineralogical phases, particle size, surface area and radionuclide content with studies of chemical speciation and bioavailability, yielded significant constraints including: 1) a high content of U and Th, and their respective isotopes Th232 and U238, as well as lanthanides 2) the potential risk of residue chemotoxicity towards a very labile fraction of elements such as aluminum and uranium 3) high sorption properties with respect to toxic elements, Pb, Zn and As, due to the large surface area of the residue, especially under acidic conditions (case of acid mine drainage). These results have shown the potential use of Venezuelan bauxite residue in key areas such as remediation of polluted systems (as amendment or sorbent agent) and in the recovery of metals of economic interest.