Apport de la cristallochimie et de la spéciation du chrome et du vanadium à la modélisation de l'altération de granulats artificiels (sous-produits d'aciérie)

Cofinancement ADEME/INERISThe pig iron conversion into steel generates a large quantity of residue, the Basic Oxygen Furnace steel slag (BOF slag), partially reused as aggregates in civil engineering. The objective of this study is to quantify and to explain the BOF slag leaching behavior (alteration and trace metals (Cr, V) release) by the identification of the molecular mechanisms which control the elements mobility within the solid phase. The experimental study is based on leaching tests (at a laboratory scale with CTG-Leachcrete and at a field-scale with lysimeter) and on X-ray absorption and fluorescence spectroscopies. This approach permits to identify elements speciation at an atomic scale : i.e. their oxidation state, symmetry and bearing phase(s).Trivalent Cr, very stable in a dicalcium ferrite, is very few released during leaching tests in laboratory and in lysimeter. And a spinel-type phase, obtained from (Fe, Mn, Mg)O alteration, also controls the Cr(III) mobility. On the other hand, V(III) is oxidized to V(V) within its bearing-phase. It explains V release during laboratory tests.These experimental data allowed to establish the thermodynamic equations describing BOF slag alteration (mineralogical evolution and release curves obtained from static and dynamic leaching tests), which are the basis of geochemical modeling (CHESS). Such model aims at predicting BOF slag long-term behavior.Dans les aciéries, la conversion de la fonte en acier est une opération qui génère des quantités très importantes de déchets : les laitiers d'aciérie de conversion (LAC), qui sont en partie valorisés en tant que granulats en génie civil. Cette thèse vise à quantifier et à expliquer le comportement à la lixiviation des LAC, c'est-à-dire leur altération et le relargage des métaux traces (Cr, V) qu'ils contiennent, par l'identification des mécanismes physico-chimiques qui régissent, au sein même de la matrice solide, la mobilité et le transfert des éléments. L'approche expérimentale choisie est basée sur des tests de lixiviation (en laboratoire à l'aide du CTG-Leachcrete et en lysimètre à l'échelle semi-pilote) et des spectroscopies d'absorption et de fluorescence des rayons X permettant de caractériser à l'échelle du site cristallochimique le degré d'oxydation, la symétrie et la nature des phases porteuses des éléments.Le Cr exclusivement trivalent, très stable dans les sites octaédriques d'une ferrite de calcium, est très peu relargué lors des tests de lixiviation en laboratoire et en lysimètre. Une phase de type spinelle, issue de l'altération de (Fe, Mn, Mg)O contrôle également la mobilité du Cr(III). Au contraire, le V(III) subit une oxydation en V(V) au sein même de sa phase porteuse, qui s'accompagne d'une perte de symétrie, à l'origine de sa mobilité à l'échelle du laboratoire.Les données issues de ces expériences ont permis d'écrire les équations thermodynamiques d'équilibre à l'origine de l'initialisation d'un modèle géochimique robuste (CHESS) reproduisant l'altération des LAC : évolution minéralogique et courbes cinétiques de relargage obtenues lors des tests de lixiviation statique et dynamique en laboratoire. Ce modèle vise à terme à prédire le comportement à long terme des LAC dans un scénario de valorisation donné

Apport de la cristallochimie et de la spéciation du chrome et du vanadium à la modélisation de l'altération de granulats artificiels (sous-produits d'aciérie)

Cofinancement ADEME/INERISThe pig iron conversion into steel generates a large quantity of residue, the Basic Oxygen Furnace steel slag (BOF slag), partially reused as aggregates in civil engineering. The objective of this study is to quantify and to explain the BOF slag leaching behavior (alteration and trace metals (Cr, V) release) by the identification of the molecular mechanisms which control the elements mobility within the solid phase. The experimental study is based on leaching tests (at a laboratory scale with CTG-Leachcrete and at a field-scale with lysimeter) and on X-ray absorption and fluorescence spectroscopies. This approach permits to identify elements speciation at an atomic scale : i.e. their oxidation state, symmetry and bearing phase(s).Trivalent Cr, very stable in a dicalcium ferrite, is very few released during leaching tests in laboratory and in lysimeter. And a spinel-type phase, obtained from (Fe, Mn, Mg)O alteration, also controls the Cr(III) mobility. On the other hand, V(III) is oxidized to V(V) within its bearing-phase. It explains V release during laboratory tests.These experimental data allowed to establish the thermodynamic equations describing BOF slag alteration (mineralogical evolution and release curves obtained from static and dynamic leaching tests), which are the basis of geochemical modeling (CHESS). Such model aims at predicting BOF slag long-term behavior.Dans les aciéries, la conversion de la fonte en acier est une opération qui génère des quantités très importantes de déchets : les laitiers d'aciérie de conversion (LAC), qui sont en partie valorisés en tant que granulats en génie civil. Cette thèse vise à quantifier et à expliquer le comportement à la lixiviation des LAC, c'est-à-dire leur altération et le relargage des métaux traces (Cr, V) qu'ils contiennent, par l'identification des mécanismes physico-chimiques qui régissent, au sein même de la matrice solide, la mobilité et le transfert des éléments. L'approche expérimentale choisie est basée sur des tests de lixiviation (en laboratoire à l'aide du CTG-Leachcrete et en lysimètre à l'échelle semi-pilote) et des spectroscopies d'absorption et de fluorescence des rayons X permettant de caractériser à l'échelle du site cristallochimique le degré d'oxydation, la symétrie et la nature des phases porteuses des éléments.Le Cr exclusivement trivalent, très stable dans les sites octaédriques d'une ferrite de calcium, est très peu relargué lors des tests de lixiviation en laboratoire et en lysimètre. Une phase de type spinelle, issue de l'altération de (Fe, Mn, Mg)O contrôle également la mobilité du Cr(III). Au contraire, le V(III) subit une oxydation en V(V) au sein même de sa phase porteuse, qui s'accompagne d'une perte de symétrie, à l'origine de sa mobilité à l'échelle du laboratoire.Les données issues de ces expériences ont permis d'écrire les équations thermodynamiques d'équilibre à l'origine de l'initialisation d'un modèle géochimique robuste (CHESS) reproduisant l'altération des LAC : évolution minéralogique et courbes cinétiques de relargage obtenues lors des tests de lixiviation statique et dynamique en laboratoire. Ce modèle vise à terme à prédire le comportement à long terme des LAC dans un scénario de valorisation donné

Effect of pH and pressure on uranium removal from drinking water using NF/RO membranes

International audienceGroundwater is becoming an increasingly important drinking water source. However, the use of groundwater for potable purposes can lead to chronic human exposure to geogenic contaminants, for example, uranium. Nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) processes are used for drinking water purification, and it is important to understand how contaminants interact with membranes since accumulation of contaminants to the membrane surface can lead to fouling, performance decline and possible breakthrough of contaminants. During the current study laboratory experiments were conducted using NF (TFC-SR2) and RO (BW30) membranes to establish the behavior of uranium across pH (3-10) and pressure (5-15 bar) ranges. The results showed that important determinants of uranium membrane sorption interactions were (1) the uranium speciation (uranium species valence and size in relation to membrane surface charge and pore size) and (ii) concentration polarization, depending on the pH values. The results show that it is important to monitor sorption of uranium to membranes, which is controlled by pH and concentration polarization, and, if necessary, adjust those parameters controlling uranium sorption

Characterization and pH Dependent Leaching Behavior of Tunisian Phosphogypsum

The current study aims to characterize and as well as to investigate the leaching behavior of Tunisian Phosphogypsum (PG). The results of the physical characterization studies showed that, as worldwide Phosphogypsum, the Tunisian PG behaves like fine silty sand with important initial water content. Relevant attention was given to the leaching behavior of the sample which was subjected to two leaching tests according EN 12457-2 (2002)  at liquid to solid ratios (L/S) of 10 and 100 as well as pH stat leaching test according to the CEN/TS 14997 (2006). The progressive release of major elements as well as the metals indicates high mobility of the most analysis elements. Calcium, sulfate and phosphorus were the major elements having the highest leaching concentrations. Broadly, mobility of trace metals in PG was classified into three degrees: elements with high mobility were Sr, Zn, those with moderate mobility were As, Ba, Cd and Cr and those with low mobility were Cu, Ni, Pb, Se, V, Y and Zr. The highest concentrations of the most part of the metals were obtained from L/S 100. Based on the pH dependent leaching experiments, results show that the PG has a maximum susceptibility to leaching out metals when exposed to a strongly acidic condition (2-4). While, alkaline condition appears to be the most stable for the analyzed material. This paper offers a data base which is useful when later recycling actions are taken. Indeed, acidic conditions should be avoided in order to prevent metal leaching from PG.

Environmental assessment of the behavior of a BOF steel slag used in road construction : the PRECODD-ECLAIR research program

International audienceSteel production generate great amounts of by-products as steel slags. The use of Basic Oxygen Furnace slags (BOF slags) has been restrained due to insufficient volume stability, and due to the lack of environmental regulations. The purpose of the PRECODD-ECLAIR research program is to develop a behavior model based on a multi-scale physico-chemical, mechanical, hydrodynamic and ecotoxicological characterizations of a BOF slag used in a public works scenario. This paper aims at presenting the overall ECLAIR research program, the equipped experimental platform constructed using a BOF steel slag, and the first results of the slag characterization