Influence de la carbonatation sur la microstructure, la minéralogie et la lixiviation du cuivre pour les matériaux traités par stabilisation/solidification avec ou sans bentonite

Résumé

La stabilisation/solidification (S/S), une méthode efficace et économique de traitement des sols contaminés, consiste à mélanger le sol avec un liant hydraulique, souvent du ciment Portland. Cette technique d'immobilisation des contaminants réduit la solubilité et la mobilité des contaminants inorganiques (stabilisation) et forme un monolithe qui encapsule physiquement les contaminants (solidification). Cette méthode est économique et peut être utilisée pour traiter de grands sites contaminés. L’impact de la carbonatation sur la lixiviation du cuivre, la minéralogie et la microstructure des pâtes de ciment S/S fait l'objet de notre étude. Le remplacement partiel du ciment par 30 % de bentonite riche en montmorillonite sera également traité. Les matériaux ont été soumis à deux méthodes de carbonatation. Des tests de lixiviation avec de l'acide nitrique, de l'hydroxyde de sodium et de l'eau ont été utilisés pour évaluer la solubilité du cuivre, de l'aluminium, du silicium et du calcium en fonction du pH. Pour les échantillons sans bentonite, le cuivre est libéré davantage à la suite de la carbonatation induite. La carbonatation accélérée agit positivement sur la solubilité du cuivre en favorisant son immobilisation jusqu’au pH neutre. La bentonite riche en montmorillonite joue un rôle important sur l’adsorption du cuivre pour les matériaux non carbonatés et carbonatés. Cependant, elle affaiblit la capacité tampon des pâtes de ciment S/S à cause de l'appauvrissement en portlandite, qui a un effet tampon important pour résister aux attaques acides. Les résultats de microtomographie à rayons X (CT scan) montrent que la porosité diminue après la carbonatation accélérée et induite pour un matériau composé à 100 % de ciment. En revanche, lorsque la pâte de ciment est mélangée à de la bentonite (30 % dans notre cas), la porosité augmente après la carbonatation accélérée contrairement à la carbonatation induite qui baisse la porosité et la connectivité des pores. Les analyses thermogravimétriques (TGA) montrent que la carbonatation accélérée provoque respectivement une dissolution presque totale et partielle de la portlandite et du C-S-H pour former du carbonate de calcium pour un matériau sans bentonite (SB-CA). Pour les matériaux argileux appauvris en portlandite (B-CA), ce phénomène provoque la décalcification du C-S-H en partie pour former de la calcite. Des observations au microscope à balayage électronique (MEB) et une simulation des équilibres chimiques à l’aide du code géochimique PHREEQC ont été également réalisés afin de confirmer les hypothèses émises concernant l'effet de la carbonatation et de l’ajout de la bentonite sur la solubilité du cuivre.

Date	18 nov. 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Duhaime (Directeur(-trice)) & Jean-Sébastien Dubé (Codirecteur(-trice))