Adsorption de Cs+, Ni2+ et des lanthanides sur une kaolinite et une smectite jusqu'à 150°C : étude expérimentale et modélisation

par Emmanuel Tertre

Thèse de doctorat en Géochimie expérimentale

Sous la direction de Gilles Berger et de Sylvie Castet.

Soutenue en 2005

à Toulouse 3 .

mots clés

• Adsorption sur les argiles
• Hydrothermal
• Césium
• Nickel
• Lanthanides
• Spectroscopiques de surface
• Modèle de complexation de surface
• Métaux des terres rares
• Adsorption
• Kaolin
• Argile -- Analyse
• Effet isotopique
• Échange d'ions

Résumé

L'objectif de cette étude est d'évaluer l'effet d'une augmentation de température sur les propriétés d'adsorption des minéraux argileux. La sorption et la désorption de Cs+, Ni2+ et Ln3+ sur une montmorillonite et une kaolinite ont été étudiées par des expériences " batch ", de 25 à 150°C, et dans différentes conditions de pH et de forces ioniques. Des enthalpies de sorption comprises entre 0 et 80kJ/mol environ ont ainsi été calculées. Pour l'europium, des analyses spectroscopiques de surface ont confirmé que le mécanisme impliqué était bien un mécanisme d'adsorption, y compris à 150°C. De plus, par cette méthode nous avons pu caractériser qualitativement les équilibres d'adsorption mis en jeu. Une étude d'acido/basicité des surfaces des argiles a également été menée afin d'évaluer l'effet de la température sur la charge de surface de ces minéraux. Enfin, un modèle incluant sites de bordures et sites structuraux nous a permis d'interpréter à la fois les données de titrages acido/basiques et les données de sorption obtenues pour l'europium.

Titre traduit

Adsorption of cs +, ni2 + and lanthanides onto a kaolinite and Na-montmorillonite up to 150°c : an experimental and modeling study

Résumé

The motivation for this study is to assess the temperature effect on the clay minerals sorption properties. Sorption and desorption of Cs+, Ni2+ et Ln3+ onto a montmorillonite and a kaolinite were performed by batch experiments between 25 and 150°C, and in different pH and ionic strengths conditions. Sorption enthalpies varying between 0 and 80kJ/mol were then calculated. For europium, surface spectroscopic analyses confirmed that the mechanism involved is adsorption, including at 150°C. Moreover, this method allowed us to obtain qualitatively the different adsorption equilibrium occurring during the reaction. An acid/base study of the clay surfaces was performed in order to assess the temperature effect on the surface charge of these minerals. Then, a surface complexation model including edge sites and structural sites was proposed to interpret the acid/base data and the europium sorption data.