Industrie minière et ses impacts sur l’environnement

Industrie minière et ses impacts sur l’environnement

Caractérisation des briques cuites à base de rejets miniers

Les briques cuites sont caractérisées pour leurs propriétés physiques (retrait de cuisson,absorption d’eau, porosité, densité), mécaniques (résistance à la flexion), environnementales (fLM, TCLP et CTEU-9) et leur durabilité (efflorescence et sels solubles). Les méthodes utilisées sont déctites plus loin dans ce chapitre.

Propriétés physiques et mécaniques des briques

Le Tableau 3.2 présente l’ensemble des essais de caractérisation physique et mécanique des briques cuites ainsi que les limites requises pour chaque paramètre. Le but est d’étudier l’influence de l’insertion des rejets miniers et de la température de cuisson sur l’évolution de l’ensemble de ces propriétés.

 Caractérisation minéralogique et microstructure des briques

Dans le but de comprendre plus en détails les caractéristiques des briques cuites à base de rejets miniers, une caractérisation minéralogique et microstructurale a été réalisée. Les phases minérales ont été déterminées à l’aide d’une diffraction des rayons X (DRX) couplé avec des observations au microscope électronique à balayage et une analyse MEB-EDS. Il était question parfois de connaitre les phases porteuses des polluants inorganiques. Cela est d’une importance primordiale pour prédire le comportement des polluants problématiques lors des tests de lixiviation. Le MEB a été utilisé aussi pour évaluer la performance des mécanismes de vitrification et de frittage à des températures de cuisson et des taux de substitution différents. Sachant sa grande influence sur les
résistances mécaniques des briques, la porosité a été également observée par le MEB et par la tomographie. La tomographie est un outil très performant qui a été utilisé dans cette étude pour évaluer les volumes des pores et surtout leur connectivité. Cette technique a été utilisée surtout dans 1 ‘étude concernant la valorisation des stériles de charbon pour la fabrication des briques cuites (Chapitre VII).

Durabilité et efflorescence des briques

La durabilité des briques cuites est un facteur très contrôlé par les briquetiers. La présence de sels solubles dans les matières premières peut provoquer la formation des taches blanches à la surface des briques. Cela étant indésirable, les briquetiers ont trouvé une solution qui consiste à ajouter des carbonates de baryum. Ce réactif permet en effet de complexer les sulfates sous forme de sulfates de baryum connus pour leur stabilité. Or, il est à signaler que cette solution n’est pas toujours efficace. Dans cette étude, la norme ASTM-C67 (2003) a été utilisée pour l’évaluation des possibilités d’efflorescence alors que la norme NF_ EN -772-5 (2002) a été utilisée pour la détermination de la teneur des sels solubles actifs.

Comportement environnemental des briques-tests de lixiviation

Une étude des polluants inorganiques susceptibles d’être lixiviés à partir des briques cuites à base de rejets miniers a été réalisée. Le relarguage des contaminants a été évalué par le biais de quatre tests : le test standard Néerlandais NEN-7375 (2004), le test Américain TCLP (US-EPA, 1311), le test Canadian CTEU-9 (MA-100Lix.com.l.1, 2010) et le test sur la dépendance vis-à-vis du pH; EPA-1313 (2012). L’ensemble de ces tests ont été réalisés pour étudier le comportement des briques dans différentes conditions; durant leur durée de vie (brique dans la construction) et à la fin
de leur vie (déchet de construction). Ces différents tests permettent en effet d’étudier l’influence de plusieurs paramètres sur le comportement environnemental des briques; l’influence de la granulométrie, l’influence du rapport solide-liquide et l’influence du pH de la solution de lixiviation. Les résultats des analyses des lixiviats de chaque test ont été comparés avec les exigences environnementales. Dans cette partie, le test de lixiviation en monolithe (TLM) et le test sur la dépendance vis-à-vis du pH seront développés. Le test TCLP a déjà été décrit dans la section 11.2.
• Test de Lixiviation en Monolithe (TLM)
Le test de lixiviation en monolithe est un test Néerlandais standard (NEN-7375, 2004). Il permet de caractériser le relarguage des polluants inorganiques contenus dans un bloc monolithique poreux. Le TLM a été utilisé pour évaluer le comportement environnemental des blocs de briques cuites (cylindres). Le principe de test consiste en la lixiviation des blocs de briques par un volume bien défini de l’eau déminéralisée dans un réacteur fermé. Un renouvellement total périodique des lixiviats au bout de 6 heures, 1 jour, 2,25 jours, 4 jours, 9 jours, 16 jours, 36 jours et 64 jours depuis le début du test est réalisé. À chaque renouvellement de solution, on veille à ce que le temps
passé par les blocs de briques hors de la solution de lixiviation soit réduit au maximum.
Les blocs de briques ont été placés sur un support en plastique à 2 cm environ du fond et des surfaces internes de la bouteille d’une manière à assurer un contact quasi parfait entre le bloc et la solution de lixiviation (Figure 3.12). La solution a été agitée dans chaque bouteille à 1′ aide d’un agitateur magnétique durant toute la durée du test. Le rapport liquide/solide est le même pour tous les échantillons et fixé à 10 cm3 solution/cm2 du bloc solide suffisant pour assurer un comportement dynamique. Les lixiviats récupérés à chaque période (au nombre de 8 pour chaque échantillon) ont été analysés pour leur teneur en anions (chlorures et sulfates) par chromatographie ionique et en cations par spectrométrie d’émission atomique à plasma inductif (ICP).L’échantillon destiné à l’analyse des cations est acidifié à pH = 2 avec du HN03 à 70%.Ce test a été réalisé sur les échantillons de briques qui présentaient la recette optimale en termes de température de cuisson et du taux de substitution

• Dépendance au pH
Le principe du test de la dépendance au pH utilisé dans cette étude a été tiré et adapté de la méthode 1313 (liquid-solid partitioning (LSP) as a function of extract pH) (EPA1313, 20 12). La méthode EPA-1313 permet de fournir une évaluation de la mobilité des contaminants en fonction du pH final en utilisant un rapport solide-liquide (S/L) de 1:10. Cette méthode permet également d’étudier le pouvoir tampon des matériaux testés selon le même rapport solide-liquide. L’acide nitrique (HN03) et d’hydroxyde de potassium (KOH) sont les solvants utilisés dans ce test. Le temps de contact entre la solution de lixiviation et l’échantillon solide dépend principalement de la taille des particules du matériau étudié; plus le matériau est fm, plus court est le temps de contact.
Il se compose de neuf extractions parallèles de particules d’un matériau solide de taille réduite dans un acide dilué ou d’une base. Dans cette étude, les échantillons étudiés ont été séchés à 60 o C jusqu’à ce qu’aucun changement de poids n’ait été observé. Une quantité suffisante de blocs cuits était préparée, broyée et tamisée à un tamis de 2 mm.Cette granulométrie a été choisie afin de fournir un plus grand contact entre l’échantillon et la solution de lixiviation. Un échantillon représentatif de chaque matériau a été homogénéisé dans la mesure du possible et divisé en petits échantillon représentatif d’environ 10 g. Après cela, un minimum de douze extractions parallèles de chaque échantillon dans des solutions de lixiviations avec des pH différents ont été effectuées. Une quantité de 10 g de chaque échantillon (séché et broyé) a été placé dans des erlenmeyers et une quantité de 100 ml de la solution de lixiviation a été ajouté à un rapport solide-liquide de 1:1 O. Dans ce test, la solution acide a été préparée en utilisant un mélange d’acide sulfurique (H2S04) (46%) et de l’acide nitrique (HN03) (54%) et mélangé avec de l’eau déminéralisée pour obtenir une solution de 2N. Ce mélange a été préparé afin de simuler les pluies acides (MA-100-Lix.com.1.1, 2010). La solution basique a été préparée à partir d’un mélange d’hydroxyde de sodium (NaOH) et de l’eau déminéralisée pour obtenir une solution de lN. Une quantité pré-calculée de solutions acides ou basiques ont été ajoutés afin d’obtenir une solution de lixiviation avec une valeur de pH initiale bien définie. La gamme des valeurs de pH étudiée varie entre 2 et 13. Les échantillons ont ensuite été placés dans un agitateur rotatif et on a agité pendant une période de 72 heures (Figure 3.13). Le pH des solutions a été mesuré au tout début du test (avant ajout d’échantillon) et à 30 min, 24heures, 48 heures et 72 heures après l’addition des échantillons. À la fin de ce test (après 72 heures de contact), les échantillons ont été filtrés; en utilisant un filtre de 0,45 ~-tm et les lixiviats ont été acidifiés avant l’analyse ICP-AES.

Table des matières

LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLE AUX
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACRONYMES
RÉSUMÉ
ABSTRACT
CHAPITRE I INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE II REVUE DE LITTÉRATURE
2.1 Industrie minière et ses impacts sur l’environnement
2.1.1 Méthodes de gestion actuelles
2.1. 2 Les couts de gestion et de réhabilitation des rejets miniers .
2.1. 3 Valorisation des rejets miniers
2.1. 4 Défis de réutilisation des rejets miniers
2.2 Industrie de la fabrication de briques cuites
2.2.1 Matières premières
2.2.2 Procédé de fabrication de briques cuites
2.3 Utilisation des déchets comme matières alternatives dans la fabrication de briques cuites
2.3.1 Substituant d’argiles
2.3.2 Matériaux de charge
2.3.3 Agents formateurs de pores
2.3.4 Agents fluxants
2.3.5 Agents combustibles
2.3.6 Agents colorants
2.4 Caractéristiques des matières premières secondaires recherchées pour la fabrication de briques cuites
2.4.1 Composition chimique
2.4. 2 Distribution granulométrique
2.4.3 Plasticité des mélanges
2.5 Conditions de fabrications de briques cuites à base de déchets
2.6 Transformations physico-chimiques et minéralogiques au cours de la cuisson
2.7 Les propriétés des briques cuites à base de déchets
2. 7.1 Les propriétés technologiques et la durabilité des briques
2. 7. 2 Le comportement environnemental
2.7.3 Dégagements gazeux au cours de la cuisson
2.8 Références
CHAPITRE III MATÉRIEL ET MÉTHODES
3.1 Matières premières étudiées
3.1.1 Les rejets de l’usine hydra-métallurgique de calamine – Marrakech
3.1.2 Les stériles de charbon de Jerada
3.1.3 Argiles et schistes
3.2 Caractérisation des matières premières
3.2.1 Caractérisation physico-chimique et minéralogique
3.2.2 Caractérisation environnementale
3.3 Prétraitement des rejets miniers
3.4 Fabrication des briques cuites
3.5 Caractérisation des briques cuites à base de rejets miniers
3. 5.1 Propriétés physiques et mécaniques des briques
3.5.2 Caractérisation minéralogique et microstructure des briques
3.5.3 Durabilité et efflorescence des briques
3. 5.4 Comportement environnemental des briques – tests de lixiviation
3.5.5 Dégagement gazeux au cours de la cuisson
3.6 Références
CHAPITRE IV MANUF ACTURING OF CERAMIC PRODUCTS USING CALAMINE HYDROMETALLURGICAL PROCESSING W AS TES
RÉSUMÉ DÉTAILLÉ
ABSTRACT
4.1 Introduction
4.2 Material and methods
4.2.1 Raw material
4.2.2 Methods
4.3 Results
4.3.1 Physical properties of calamine tailings
4.3.2 Chemical composition ofthe raw and fired samples
4.3.3 Mineralogical composition of the unfired and fired samples
4.3.4 Thermal behavior of calamine tailings
4.3.5 Physical and mechanical properties offired samples
4.3.6 Leaching behavior ofraw and fired calamine tailings
4.3. 7 Gas release during thermal treatment
4.4 Conclusion
4.5 Acknowledgements
4.6 Références
CHAPITRE V NA TURAL CLAY SUBSTITUTION BY CALAMINE PROCESSIN G W AS TES TO MANUFACTURE FIRED BRICKS
RÉSUMÉ DÉTAILLÉ
ABSTRACT
5.1 Introduction
5.2 Materials and methods
5.2.1 Raw materials characterization
5.2.2 Laboratory brick samples manufacturing
5.2.3 Fired brick samples characterization
5.3 Results and discussion
5.3.1 Raw materials properties
5.3.2 Sintered fired brick samples properties
5.4 Conclusion
5.5 Acknowledgements
5.6 Références
CHAPITRE VI RECYCLING FEASIBILITY OF GLASS W ASTES AND CALAMINE PROCESSING TAILINGS IN FIRED BRICKS MAKING
RÉSUMÉ DÉTAILLÉ
ABSTRACT
6.2 Materials and methods
6.2.1 Raw materials characterization
6.2.2 Fired bricks manufacturing
6.2.3 Fired bricks characterization
6.3 Results and discussion
6.3.1 Raw materials properties
6.3.2 Fired brick samples properties
6.4 Conclusions
6.5 Acknowledgements
6.6 References
CHAPITRE VII COAL MINE W ASTES RECYCLING FOR COAL RECOVERY AND ECO-FRIENDLY BRICKS PRODUCTION
ABSTRACT
7.1 Introduction
7.2 Materials and methods
7.2.1 Raw materials
7.2.2 Raw materials characterization
7.2.3 Coal recovery and characterization
7.2.4 Laboratory brick samples manufacturing
7.2.5 Fired brick samples characterization
7.3 Results and discussion
7.3.1 Raw materials characterization
7.3.2 Recovered anthracite coal properties
7.3.3 Sintered brick samples properties
7.3.4 Economie, social, and environmental spin-offs
7.4 Conclusion
7.5 Acknowledgements
7.6 References
CHAPITRE VIII LEACHING BEHAVIOR OF HEA VY METALS FROM FIRED BRICKS CONTAINING COAL MINE W ASTES
RÉSUMÉ DÉTAILLÉ
ABSTRACT
8.1 Introduction
8.2 Materials and Methods
8.2.1 Raw materials characteristics
8.2.2 Fired bricks manufacturing and characteristics
8.2.3 Mineralogical characterization offired bricks
8.2.4 Leaching behavior of raw materials and fired bricks
8.3 Results and discussion
8.3. 1 Leaching behavior of mine wastes and reference materials
8.3.2 Leaching behavior of mine waste based fired bricks: Tank leaching test (TLT)
8.3.3 pH dependence test
8.4 Conclusions
8.5 Acknowledgements
8.6 References
CHAPITRE IX CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES
9.1 Réalisation des objectifs
9.2 Retombées du projet de thèse
9.3 Perspectives
DIFFUSION DES RÉSULTATS
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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