Spéciation solide du nickel et du chrome dans un site minier et industriel à usage agricole (Szklary, Pologne)

Solid speciation of Ni and Cr in industrial site for agricultural purpose (Szklary, Poland)

• Auteur / Autrice : Jakub Kierczak
• Direction : Hubert Bril, Catherine Néel, Jacek Puziewicz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, minéraux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Limoges en cotutelle avec Uniwersytet Wrocławski
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terrils

Sols -- Pollution par les métaux lourds

Pologne

Altération (géologie)

Chrome

Spéciation

Nickel

Mots clés libres

Massif de Szklary (Pologne)

Résumé

Dans le site étudié du Massif de Szklary (Pologne), Ni et Cr sont présents à des concentrations élevées dans deux environnements d’origine distincte : naturelle (sols développés sur serpentinites) et industrielle (haldes de déchets pyrométallurgiques issus de l’exploitation du Ni). L’objectif de cette étude est de localiser les minéraux porteurs d’éléments potentiellement toxiques (EPT), principalement de Ni et Cr, dans ces divers environnements et de comparer leur mobilité dans les conditions actuelles d’altération (climat tempéré transitionnel de Pologne). Ces travaux s’intéressent également à l’évaluation du risque environnemental causé par l’abondance du Cr, du Ni, et par la présence d’autres EPT (Co, Cu, Pb et Zn) à Szklary. Ces éléments se retrouvent notamment dans les sols cultivés dans l’environnement immédiat des haldes de déchets. L’identification des formes solides porteuses de Ni et Cr a été réalisée par approche minéralogique (DRX, MEB-EDS, EPMA, micro Raman, MET) et par analyses chimiques (ICP-MS, extractions sélectives et séquentielles). Ces deux approches complémentaires ont donné des résultats concordants. Alors que les observations minéralogiques fournissent une indication qualitative de la stabilité effective des métaux dans les conditions superficielles actuelles (sols drainants, oxydés, riches en matière organique, de pH neutre à légèrement basique), les analyses chimiques précisent la spéciation solide des métaux en termes quantitatifs et mettent en évidence l’implication des phases organiques et amorphes dans l’immobilisation actuelles des EPT. De plus, l’analyse minéralogique des résidus d’extractions séquentielles a permis de contrôler l'effet des solvants chimiques sur les différents matériaux étudiés. L’ensemble des analyses minéralogiques et chimiques revèlent la stabilité relative du Cr par rapport au Ni dans le site étudié. Ils confirment en outre la contamination du sol cultivé près des haldes par les déchets industriels. Bien qu’apportés en moindre quantité par l’activité industrielle, Zn et Cu présentent un risque environnemental, car ils se retrouvent actuellement immobilisés dans des fractions plus biodisponibles que les fractions contenant Ni et Cr.

The geological unit called Szklary Massif comprises two environments containing Ni and Cr from diverse origins: lithogenic (serpentine soils) and anthropogenic (pyrometallurgical waste) origins. The study was dedicated to investigate the distribution and mobility of Ni and Cr occurring within this small area. The approach is first based on mineralogical characterization of the Ni and Cr bearing minerals using analytical instrumental methods (XRD, SEM-EDS, EPMA, micro Raman, TEM, ICP-MS). Later complementary chemical extractions not only provide information about the actual solid speciation of Cr, Ni. They also allow discussing about potential mobility and forthcoming environmental impact induced by the abundance of Ni and Cr and by the presence of other elements (Co, Cu, Pb and Zn), especially in soils cultivated in the dump vicinity. The multidisciplinary approach gives concordant and complementary results. The direct mineralogical approach, consisting in characterization of primary and secondary mineral phases, provides qualitative information about the stability of potentially toxic elements (PTE) in minerals in the present weathering conditions (well drained soils, enriched in organic matter, within neutral to basic pH, submitted to transitional temperate climatic conditions). The chemical extractions specify the solid speciation of PTE in a quantitative way and evidence implication of organic and amorphous phases in the PTE immobilization. In addition, mineralogical investigations of the solid residues after sequential extractions allow assessment of the real effect of the chemical extractants used on the studied materials. The use of combined approach evidenced relative stability of Cr compared to Ni. Moreover, the study confirms contamination of the cultivated soils located next to the waste dump. The environmental risk is related not only with Ni and Cr but also with other PTE such as Zn and Cu, which are present in significant proportions within biodisponible fractions.