Gestion de déchets miniers
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1. VA e KA E 5 e e Arsenic EX Ch D T Tr 2 3X gtern Gi Plonger Attriouer lire N A MN en wee Arsenic Es ET N A S uc 7 8 p 4 ele Oo 0 O E 0 05 O S KT SS 0 5 C E 1 7 O Ra 3 0 e mg l As3 5 ES A Figure 17 Processus arsenic V 2 4 R sultats 0 mg l As3 5 0 05 0 1 0 5 Figure 18 chelle chroma tigue Arsenic V 3 Sulfate V 3 1 Objet D termination semiquantitative du sulfate avec quantofix V 3 2 Mode d emploi Ne sortir du tube que le nombre de bandelettes n cessaire pour l analyse Refermer de suite le tube Ne pas toucher les pastilles de virage avec les doigts Tremper toutes les pastilles test de la bandelette pendant un seconde dans l chantillon ne pas utiliser une eau courante et ter l exc s de liquide Apr s deux minutes comparer la couleur des pastilles avec l chelle de couleur Remarque Lorsque la valeur du pH est comprise entre 4 et 8 la r action n est pas influenc e Les solutions tr s acides doivent tre amen es ces valeurs l aide d ac tate de sodium les solutions tr s basiques l aide d acide ac tique Interf rences Les ions suivants faussent la mesure partir des concentrations indiqu es 1000 mg l BrO CIO CrO S0 S 027 SeO gt 500 mg l 0 100 mg l CNA Cons2. Gestion de d chets miniers Cas de la mine de Carnoules Al s France N ria Palacios Ubach Encadrants Jean Regis Degorce Dumas Jean Roussy SOMMAIRE 0 INTRODUCTION 0 1 ADM 0 2 Les r actions chimiques 0 3 Probl mes cologiques I SITE DE CARNOULES I1 Situation g ographique I 2 Observation de la zone I 3 Echantillonnage et essais sur site I4 Echantillon pris sur le site II PROTOCOLE CARACTERISATION DU MATERIAU II 1 D sagglom ration et quartage II 2 Granulom trie voie s che et humide II 3 Analyse min ralogique avec diffraction X III BIBLIOGRAPHIE LIXIVIATION III O Introduction IIT 1 Lixiviation chimique III 2 Lixiviation biologique IV PROTOCOLE LIXIVIATION IV O Introduction IV 1 Pr paration de l chantillon pour essai IV 2 Lavage sur filtre IV 3 Lixiviation avec diff rentes quantit s de rapport IV 4 Lixiviation par agitation de 24h V DETERMINATION SEMIQUANTITATIVE DES METAUX VI ANALYSE ICP VII CONCLUSION FINALE ANNEXES ANNEXE A R sultats pr liminaires obtenues ANNEXE B R sultats caract risation du mat riau ANNEXE C R sultats lixiviation ANNEXE D R sultats d termination semiquantitative des m taux ANNEXE E R sultats analyse ICP ANNEXE F Comparaisse Des M thodes Semiquantitatif Et ICP Quantitatif ANNEXE F Photos Carnoul s O INTRODUCTION L objet de mon travail concerne l exploitation mini re et plus particuli rement du Drainage Minier
3. Les inconv nients li s l paisseur sont ais ment surmont s Par ailleurs des probl mes peuvent tre pos s par l talonnage ainsi que par la sensibilit du syst me et notamment par le risque fr quent de magn tisation du filament qui se produit surtout lorsque l cran de plomb n est pas correctement plac et le rayon tend tomber directement sur le d tecteur III BIBLIOGRAPHIE LIXIVIATION III O Introduction La lixiviation d un solide correspond l extraction d un ou plusieurs l ments compos s solubles par l eau ou par un solvant sp cifique La lixiviation peut amp tre une processus naturel mais l homme a reproduit ce ph nom ne dans les laboratoires pour regarde les r sultats et trouver des conclusions Pour qu il se produise une lixiviation plus ou moins rapide les conditions sont les suivantes gt la temp rature gt la granulom trie gt la porosit gt concentration de du solvable Quand la temp rature monte la v locit aussi La temp rature maximale pour chaque syst me est d limite par le point d bullition de le solvable le point de d gradation de le produit ou solvable et de la solubilisation des impuret s Mais ces conditions optime n est ce produisent pas dans la nature La r duction des particules a une grande importance parce qu il augmente la superficie de contact La porosit permet que le liquide p n trez par les espaces qu ils forment les pores de l int rieur de
4. lors du processus d oxydation de minerais ou de d chets miniers contenant notamment des sulfures m talliques Cette oxydation conduit l acidification des eaux et la solubilisation des m taux pr sents tels Pb Zn Cu Cd As source importante de pollution et constituant donc un probl me environnemental une erreur li e l activit anthropique mini re Les facteurs gt Eaux terrestre ou atmosph rique Oxyg ne provenant g n ralement de l atmosph re gt Granulom trie la taille des min raux sulfur s r actifs MINING POLLUTION TRANSFER MODEL Hatioral Geological Survey Figure I Le transfert de la contamination pour m taux lourds dans le milieu aquatique Les rivi res qu elles sont contamin es c est caract risent pour gt l acidit gt l haute contenu sulfates et m taux lourds contenu m tallique des s diments 0 2 LES REACTIONS CHIMIQUES L oxydation des sulfures de fer en pr sence d eau constitue la r action de d part du processus La premi re r action est la transformation des sulfures sulfates au moyen d une r action d oxydation et l eau prend valeurs acides PH 3 4 FeS 0 H O gt Fe 280 2H Pr cipite pH 2 5 3 La deuxi me r action est avec l acidification progressive du milieu ions H et la transformation du fer ferreux en fer ferrique Fe3 o se produit un processus cyclique et rapide et se forme grandes quantit s d
5. tecteur en ayant subi plusieurs variations de son axe de propagation FIG 10 diffusion abscrphon Figure 10 Diffraction et diffusion de la lumi re par une particule II 2 2 Tipes de granulom tries Au laboratoire on a r alis deux essais granulom tries l essai pour voie s che et pour voie humide les deux on utilise le m amp me appareil le LS 230 mais c est pr cise expliquer avant les petites diff renties de chaque granulom trie a Granulom trie pour voie s che Cet essai les particules sont transport es jusqu un c ne de alimentation qu il vibre et les particules tombent librement Le risque de superposition des particules est contr le pour une grande dispersion du produit Ce pour a et la taille de les particules peut tre possible de pr cise la projection de l ombre de la particule avec sa taille real Pour obtenir meilleurs conditions d observation on pr cise r alis une dispersion avec un bain d ultrasoniques Les mesures ont t s effectu s sur la granulom trie laser sur l instrument LS 230 Module poudre b Granulom trie pour voie humide La granulom trie pour voie humide utilise les propret s hydrodynamiques de la particule dans un fluide d eaux ou alcool dans ce cas avec alcool Le fluide a passe la particule pour un plan de focalisation de l objectif et montre sur l appareil la surface projet e la plus grand C est extraordinaire avec particules petites 0 7um 1604m Les mesure
6. Acide DMA Le premier travail exp rimental est organis autour de deux axes des essais de terrain mettant en lumi re la pr sence de DMA sur le site m me avec la mise en vidence des eaux acides contenant du fer sous forme d ions ferreux sortant du d p t d anciens d chets miniers ou st rile l aide de mesures ou d essais sommaires pH neutralisation la soude ajout d oxydant des essais de lixiviation d chantillons sables blanc ou gris pr lev s sur le site pour simuler le drainage et tudier certains param tres comme le r le de l oxyg ne de la granulom trie ou des bact ries lors de l acidification du lixiviat Les r sultats pr liminaires obtenus voir annexe 1 confirment le ph nom ne d acidification des eaux observ sur le terrain le r le probable de l oxyg ne de certaines bact ries sur la vitesse d acidification des lixiviats L approche normalis e a permis de pr parer des chantillons de mat riau plus repr sentatifs et d expliciter l influence de la granulom trie des particules garantissant priori une approche plus rigoureuse du mod le simulant ici le drainage Pouvoir simuler ce ph nom ne le mod liser permet de mieux pr voir son impact environnemental et le processus de lixiviation industrielle dans le cas o il s agira d une application de type hydrom tallurgique pour extraire un m tal par exemple 0 1 ADM Le drainage minier acide est un ph nom ne naturel observ
7. acide L activit bact rienne jouera galement un r le important dans le processus de production d acide Ces bact ries pourront intensifier l oxydation du fer et ainsi favoriser la production d acide Fe 70 2H gt 2Fe HO Dans le cas de Carnoul s pr cipite pH 2 5 3 le Fe OH 3 ou si pr sence de sulfates jarosite KFe3 SO4 b OH e Finalement les m taux lourds et autres l ments toxiques seront facilement transportes par la rivi re 0 3 PROBLEMES ECOLOGIQUES gt Dans les organismes peuvent tre plus affectes par petites concentrations d l ments lourds Les organismes aquatiques peuvent supporter certaines valeurs d termines de toxicit sans qu ils mouraient mais ils d velopperaient une s rie de probl mes physiologiques et m taboliques Il y a des organismes qu ils peuvent r gulier les concentrations des m taux lourds dans leurs tissus gt Dans l eau la lib ration des cations Fe ou Fe et l augmentation de l acidit Mais un autre plus grave pour la sant humaine les autres min raux sulfur s qu ils sont pr sents dans les d chets des st riles ils s oxydent et livrent m taux lourds de tr s dangerosit gt Dans le sol la d sertification c est le principal probl me l accumulation d l ments m talliques toxiques dans les horizons prospect s par les racines des v g taux La diversit de la v g tation s appauvrit les peuplements survivants se rar fient et dis
8. homog n isation d chantillon c est celle qui a t utilis e pour la r alisation de cet essai IV 1 L essai de lixiviation sur filtre IV 1 1 Objet On a fait des successifs lavages avec le m me sable de la mine de Carnoul s On utilise de l eau d min ralis e avec le premier group et de l eau de robinet pour le deuxi me L objet de ces premiers lavages avec trois chantillons diff rents c est gt Garantir l homog n isation de l chantillon global Observer les r sultats de l acide des deux groups gt Obtention de mat riaux qu ils solubilisent IV 1 2 Appareillage gt Four de s cher 105C Filtre membrane de diam tre moyen de pore O 45um Entonnoir Flacons Y VY V Nw prouvette IV 1 3 Mode op ratoire Des six chantillons trois pour l eau d min ralis e et trois pour l eau de robinet et ils sont pes s dans une balance de pr cision On p se la tare et le poids de chaque un chantillon Ils se mettent dans le four a 105C pour s cher les Tout suit on met les chantillons selon l ecz ma suivant prouvette FILErE entonnoir Flacon Figure 14 Sch me de lessai lixiviation sur filtre On met de l eau qu il passe par le sable cette il reste dans le filtre et l eau s acide pour quoi il y a une r action chimique Observations Avec les flacons on peut voire que apr s le premi re lavage l eau qu elle est filtre appara tre d un couler jaune avec les deux tip
9. pour des oxydes m talliques ou des particules de diam tre sup rieur 30 microns mais est compl tement fausse pour des mulsions de quelques microns ou des particules solides de plus de 3 microns G n ralement la limite de validit de cette th orie est atteinte pour des diam tres de particules de l ordre de la longueur d onde La th orie de diffusion de Mie La th orie de Fraunhofer est applicable aux grosses particules A diffusion et absorption non prises en compte Pour des particules de taille proche de la longueur d onde utilis e il convient d appliquer la th orie de Mie Le mod le de Mie prend en compte les ph nom nes de diffraction et diffusion de la particule dans son milieu Pour utiliser le mod le de Mie il faut connaitre d indice complexe de r fraction du produit et de son milieu Il comprend un terme r el qui est lindice de r fraction et un terme imaginaire qui repr sente l absorption Mode d emploi Le faisceau laser traversant la cellule d analyse va se propager sans d flection jusqu ce qu il rencontre une particule dont l indice de r fraction est diff rent de l indice de la phase continue Ce changement d indice va cr er une r fraction du faisceau laser Cette partie r fract e de lumi re p n trant dans la particule va ressortir en tant toujours soumise aux ph nom nes de r flexion et r fraction dus la diff rence des milieux Le faisceau lumineux va enfin arriver sur le d
10. utilisation de microorganismes La plus connue est la 7 obacilo ferrooxidans Normalement cest bact ries sont acidophiles ils font la r action avec pr sence de l oxyg ne ou non Il y a deux facteurs optimaux pour Tiobacilo ferrooxidans et ils sont les suivantes gt La temp rature l intervalle optime de temp rature c est entre 25 C et 35 C Plus de 45 C elle meurt La taille de la particule est important parce que facilite la oxydation Les particules que sa taille est prochaine la taille de la bact rie sont id ales pour la lixiviation Comment la lixiviation biologique agit elle Les bact ries interviennent dans la dissolution bact rienne des m taux sulfur s ou lixiviation biologique Les microorganismes tiennent l nergie qui leur permet de survivre de l oxydation de la partie sulfureuse des min raux et du fer ferreux On pense que la dissolution bact rienne des min raux sulfur s fait intervenir deux m canismes l un direct l autre indirect Durant la lixiviation directe les bact ries se fixent aux cristaux de m taux sulfur s dans la roche Par une r action biochimique appel e oxydation les bact ries convertissent ces cristaux en sulfates solubles entra nant ainsi la dissolution des m taux Durant la lixiviation indirecte il n est pas n cessaire que les bact ries soient directement en contact avec la surface des min raux Les bact ries produisent un agent de lixiviation qui provo
11. 213 856 3 100 gt Limite de d tection Concentration d un l ment qui permet d obtenir un signal de sortie quivalant trois fois l cart type de la moyenne du signal de sortie pour une solution blanche C est la quantit minimale mesur e avant de pouvoir conclure qu un l ment a t d tect gt tendue lin aire tendue des concentrations pour lesquelles le signal de sortie de l instrument est dans des limites sp cifi es directement proportionnel la concentration de l l ment mesur VI 1 Objet D termination multi l ments rapide d un grand nombre d l ments dans des chantillons d eaux potables de surface souterraines ou salines ainsi que d eaux r siduelles domestiques et industrielles etc VI 2 L Appareil La Figure 22 donne le sch ma d un syst me ICP Un syst me ICP se compose des principaux l ments suivants a des dispositifs de commande du d bit de gaz pour des sources porteuse auxiliaire et refroidissant d argon b un dispositif d introduction de l chantillon c une torche d un g n rateur de radio fr quences r f e l optique de transfert et un spectrom tre f un ou plusieurs d tecteurs g un syst me de traitement des donn es Optique de transfert d Ue G n rateur de radio fr quences Spectrom tre Chambre Syst me de 7 plasma traitement des donn es Evacuation Echantillon Figure 22 Sch ma d un syst me
12. ICP VI 3 Fonctionnement Le processus de mesure est le suivant gt Laisser chauffer l instrument et proc der tous les r glages n cessaires conform ment aux sp cifications du constructeur avant de commencer l analyse talonner l instrument en utilisant les solutions blanches d essai ainsi que les solutions talons de r f rence On introduit une solution chantillon dans un n buliseur qui convertit une fraction de l chantillon en un a rosol L chantillon est ensuite transport par un flux d argon dans un plasma d argon une temp rature comprise entre 6 000 C et 8 000 C Les l ments de l chantillon sont convertis dans le plasma en atomes excit s et en ions qui mettent des longueurs d ondes caract ristiques des radiations Les photons mis par ce proc d sont focalis s par l optique de transfert dans un spectrom tre que s pare la lumi re en ses longueurs d ondes Le d tecteur transforme l intensit de radiation d une longueur d onde sp cifique en un signal lectrique qui permet de d terminer la concentration de l l ment Les signaux de sortie du ou des d tecteurs sont enregistr s par un syst me de traitement des donn es pour analyse depuis VII CONCLUSION FINALE Pour cette conclusion il y a deux choses qu on peut dire La premier c est pour des essais ont fait avec le sable gris et blanc Le sable gris est le causant du pH acide du ruisseau Pr sence de b
13. act ries a robies Influence de la taille des particules Influence de la relation L S La deuxi me c est pour l essai des precipitats Le s chage ne parait pas approprier pour viter la lixiviation Des analyses quantitatives et semiquantitatives sont seulement que les bandelettes permettent une estimation si on veux une analyse plus pr cise il faut un m thode quantitative
14. ar monolithes Essais de simulation s utilise pour simuler l effet avec diff rents param tres sur le relargage Les essais lysim triques et les essais sur colonne grande chelle peuvent amp tre cit s comme exemples d essais de simulation Ce type d essais doit permettre de valider les tendances observ es en laboratoire concernant le comportement environnemental et de valider les r sultats de la mod lisation pr dictive si elle a t effectu e Essais dynamiques avec en lysim tre Objectif Ce test permet d tudier le risque potentiel de lixiviation des l ments toxiques pr sentant un risque pour la nappe phr atique l ments traces m talliques nitrates phosphore en tenant compte du pouvoir purateur et filtrant des sols M thodologie Conditions de culture en lysim tre colonne ou case en conditions contr l es ou dans les conditions climatiques ext rieures Dur e du test 6 mois 1 an en fonction des objectifs sp cifiques de l essai Param tres mesur s teneurs en l ments toxiques des eaux de percolation rapport es la pluviom trie et aux l ments pr sents dans le sol et apport s par le produit Sur colonne Conditions semi naturelles Case lysim trique D Etude des lixiviats Figure 13 Scheme case lysim triques I 3 Lixiviation biologique ou biolixiviation La biolixiviation est une m thodologie de solubilisation des m taux avec l
15. btenue pour un ensemble d op rations de traitement et de divisions et d ont tat physique notamment granulom trie se pr te la r alisation de l essais de lixiviation D chet tat liquide Par convention un d chet est dit tat liquide lorsqu il s coule totalement travers un orifice calibre jusqu au niveau sup rieur de l orifice sous une charge d termin e pendant une p riode de dur e limit e La normative fran aise des d chets parle de la r alisation de quartage de l chantillon pour l obtention des r sultats correctes et un chantillon homog ne Le tamisage de l chantillon est aussi important pour l application de cette normative Pour la r alisation de la norme on va d crire la pr paration de l chantillon et apr s la r alisation de l essai de lixiviation IV 1 Pr paration de l chantillon pour essai La pr paration des chantillons est pareille touts des essais Comment on a t d cris ci dessus la pr paration de l chantillon c est de deux parts gt Tamisage de l chantillon au tamis de 2mm c est processus c est pour l obtention d une granulom trie uniforme voir l essai de granulom trie gt Quartage de l chantillon c est pour l obtention d un chantillon qu il repr sente l chantillon global Remarque I s il y a des particules 2mm il y a la possibilit de fragmentation de ces particules Remarque II Le quartage c est une des plusieurs op rations pour
16. e Fraunhofer Pour l application de cette th orie les hypoth ses suivantes sont n cessaires particules sph riques non poreuses et opaques diam tre des particules sup rieur la longueur d onde A particules suffisamment loign es les unes des autres mouvement al atoire Y WW V wv toutes les particules diffractent la lumi re avec la m me efficacit quelle que soit leur taille Lorsqu une particule est clair e par un faisceau de lumi re coh rente et monochromatique FIG 8 il appara t un motif de diffraction sous forme de franges concentriques alternativement claires et sombres FIG 9 Selon la th orie de Fraunhofer l intensit du rayonnement diffract est une fonction du rayon des particules L angle de diffraction d fini par le premier point d annulation est d autant plus grand que les particules sont petites diffraction Rayons incidents de lumi re coh rente et monochromatique Figure 8 Diffraction de la lumi re par une particule Faisceau incident diffracti Figure de diffraction Figure 9 Principe de la th orie de Fraunhofer constitu e d anneaux concentriques I f a I intensit a angle de diffraction lespacement et la taille des anneaux sont li s la taille de la particule lepremier point d annulation li e au diam tre d 1 22 A d gt 75 d nergie est contenue dans le premier lobe Cette th orie constitue une bonne approximation
17. e mat riau Remblal CO 280 cm Sable blanc Co cm J M Sable gris Figure 6 Des mat riaux sur le site de stockage des d chets R habilitation Au debout on peut voir une partie du site que a t r habilit et que a t recouvert d arbustes et de quelques herbes Erreur La v g tation aide l eau de la pluie qu elle est filtr e par le terrain Il y a n canal que r coltent les eaux de pluie et qui am ne une partie de la pollution Ce type de protection s utilise pour pr venir l rosion du sol par les eaux de pluie Un barrage en b ton a t construit afin d emp cher l coulement des eaux de pluie sur le site Il a un probl me de construction la c te du barrage et de la canalisation des eaux sont l inverse et alors l eau de la pluie tombe sur la site qu est pollu La d charge de l eau On peut voir la contamination du Riegous la coloration est entre le jeune et le rouge ce qu il fait penser imm diatement une contamination par le Fer Figure 7 L ancienne mine de Carnoul s C vennes Les eaux ont des concentrations en arsenic tr s lev es et un pH tr s faible I 3 Echantillonnage et essais sur site gt Ona mesur le pH la sortie de la tuyauterie et le r sultat a t de 4 2 L eau acide en sortant du d p t de d chets est cependant limpide NaOH NaOH DMA H202 H202 H202 H202 30min Omin pH 4 2 Omin pH 7 Omin pH7 15min pH 7 30min
18. emploi 1 Remplir une cuvette de r action avec une solution de test l aide d une seringue de 5ml Ajouter une cuill r e d arsenic 1 puis agiter Ajouter une cuill r e d arsenic 2 Ne pr lever uniquement que le nombre de b tonnets de test n cessaires Refermer en suite imm diatement la bo te d aluminium Ne pas toucher la surface de test avec les doigts Introduire de 2 cm la surface du b tonnet de test dans la cuvette de r action puis fixer le b tonnet avec le couvercle voir croquis XX Agiter 3 fois l chantillon pendant le p riode de r action de 20 minutes Veiller au cours de cette op ration que la surface de test ne vienne pas directement en contact avec l chantillon Apr s 20 minutes prolonger pendant 2 secondes la surface de test du b tonnet dans l eau secouer l exc dent de fluide puis comparer avec l chelle chromatique Remarque de danger Chaque surface de test des b tonnets de contr le contient du bromure IT mercureux toxique apr s tous contacts pidermiques Conservation Conserver les languettes l abri de la lumi re solaire et de l humidit Conserver dans un endroit frais et sec Croquis mode d emploi JT om ere S um yet e E P E Z 1X rsenic i ams D oo FES EN ds 3 FX E L dH e E j e e e e NES AN Se
19. endre les propri t s du mat riau alimenter les mod les de comportement long terme Ils sont tr s bons pour obtenus des r sultats dans les conditions donn s valeurs r glementaires Les inconv nients Les essais dynamiques sont tr s lents et chers Bien que les conditions sont repr sentatives elles ne simulent pas pr cis ment ce qui se passera dans la r alit Ondistingue les types d essais suivants Essais de percolation flux ascendant norme en projet prEN14405 ou descendent en mode satur on fait faire passer de l eau du bas vers le haut Il y aune production fix et en mode satur dans une colonne qui contenant le mat riau granulaire Ces essais a compte de l paisseur de la taille et de l espacement des grains du mat riau en place Le mode de remplissage et de compactage de m me que le flux ascendant et la saturation de la colonne permettent d viter au maximum le passage de l eau par des chemins pr f rentiels Essai de lixiviation dynamique des monolithes le mat riau n est ce comporte pas comment un massif percolant cas de les graves trait es L orientation entre des essais de percolation et des essais de lixiviation par monolithes se fera sur la base d une mesure de conductivit hydraulique saturation gt Sila mesure gt 10 m s on r alisera l essais de percolation gt Si la mesure lt 10 m st on r alisera l essais de lixiviation p
20. erapport liquide solide L S est lev sup rieur 10 pour favoriser la solubilisation des esp ces chimiques analys es et viter au maximum la saturation de la solution Le mat riau est broy si n cessaire pour augmenter la surface d change entre le mat riau et l eau Maintenant il existe pour les mat riaux granulaires des normes XP X 31 210 prochainement remplac par la norme europ enne XP X 30 402 partie 2 et galement pour les mat riaux monolithiques XP X 31 211 et XP X 31 212 Essai statique NFX 31 210 Objectif Ce test permet d extraire de fa on normalis e les l ments tudi s pour quantifier le risque maximal de transfert M thodologie gt La premi re phase du test comprend une trois filtrations froid d un m lange sous produit eau 1 10 avec r cup ration et dilution des filtrats gt La deuxi me phase consiste doser le ou les l ments tudi s dans les lixiviats obtenus l issue de la premi re phase R TN Agitatrors Ze P 12h e Ze Produit A Fia atcur Reprise eventuelle j Citude des lixieiantz lt lt Figure 12 Sch me du processus de lixiviation statique III 1 2 Lixiviation dynamique La lixiviation dynamique permet de mettre des d chets en contacte avec l agent lixiviant en g n ral de l eau d min ralis e selon une configuration proche du mode de contact dans la r alit Les avantages Les essais dynamiques s utilisent pour compr
21. ervation Conserver les languettes l abri de la lumi re solaire et de l humidit Conserver dans un endroit frais et sec V 3 3 R sultats mg l SO4 A N D V 3 V oo V m N Figure 19 chelle de couler sulfate V Y QN V 4 Duret carbonat e V 4 0 Introduction D finition correspond aux taux de bicarbonates de calcium et magn sium dissous dans la solution C est une sous partie de la duret totale correspondant aux sels de bicarbonate La duret totale correspond la somme des concentrations en ions calcium et magn sium dans l eau Elle est quantifi e par le titre hydrotim trique TH en France en revanche on parlera de GH en Allemagne Elle est mesur e en diff rentes unit s en milli quivalent par litre en milligramme par litre de CaCO3 en degr fran ais F degr allemand dH am ricain anglais Interpr tation des valeurs de la GH en F entre O et 10 F entre 10 et 20 F entre 20 et 30 F entre 30 et 40 F Correspondance entre unit s 1 degr fran ais 1TH ou 1 F vaut 0 56 degr allemand dH et correspond l duret d une solution contenant 10 mg l de CaCO et 1 degr allemand vaut 1 79 TH En cette essai on explique de tout suite les unit s utilis es sont les d gr es allemands V 4 1 Objet D termination de la d
22. es des eaux IV 2 L essai de lixiviation avec diff rentes quantit s de rapport Selon normative fran aise X 31 210 IV 2 1 Objet Comment est affect l eau quand on la met en contact avec le sable gris sans agitation Dans ce cas on r alise l essai avec de l eau d min ralis e ou de l eau de distribution publique Aussi on r alise l essai avec diff rentes quantit s de rapport l influence du rapport L S est la suivant 100mL 10g 10 100mL 1g 100 1000mL 1g 1000 IV 2 2 R actif et appareillage Solution de lixiviation eau d min ralis e et eau robinet Balance d une pr cision d au moins O 1 g Flacons Agitateur mouvement lin aire amplitude 3 cm et fr quence 60 cycles par min Y Filtre membrane de diam tre moyen 0 45 um gt Dispositif de filtration sous vide ou sous pression Centrifugeuse IV 2 3 Mode op ratoire Mis en contact d chet Solution de lixiviation D terminer la masse exacte de l chantillon pour essai Introduire dans le flacon le volume d eau d min ralis e et robinet de facon ce que le rapport volume d eau masse c est exacte par l chantillon Ajouter sous agitation manuelle l chantillon pour essai et mettre imm diatement le flacon en agitation permanent dans l agitateur La temp rature de mis en contacte est de 20 C La dur e de mise en contact est de 24h Remarque avant de la filtration mesurer le pH des chantillons Filtration Fil
23. gt On a fait galement deux essais pour conna tre l tat d oxydation du Fer la sortie du tuyau d eau pollu e gt Un essai avec de la NaOH que a donne un couleur bleu de l hydroxyde ferrique 2 chantillons gauche gt Un essai avec du peroxyde d hydrog ne pour voir l oxydation du Fe OH en Fe OH pour voir la pr cipitation de l hydroxyde ferreux I 4 Echantillon pris sur le site Alors pour cet tude Onpris 25Kg de le sable gris dans des sacs plastiques l abri de l air ils ne sont pas repr sentatives parce qu ils sont pris d un endroit d termin On a fait des essais suivants gt Quartage et homog n isation gt Granulom trie gt Analyse min ralogique avec diffraction X gt Lixiviation sur filtre et lixiviation par agitation On pris des chantillons pendant diff rents points du ruisseau Le Riegous et on a fait les suivantes essais gt Lixiviation l eau par agitation avec s chage 60 C 105 C et 550 C des chantillons Aussi on a r alis des essais une m thode semiquantitative et autre quantitative ICP pour d terminer le fer et l arsenic qu ils ont solubilise dans les chantillons IT CARACTERISATION DU MATERIAU Pour la caract risation du mat riau on r alis les suivants essais gt D sagglom ration et quartage gt Granulom trie voie s che et humide gt Analyse min ralogique avec diffraction X Le microscope optique II 1 D sagglo
24. le solide et il augmente aussi la superficie de contacte comment le cas ant rieur La concentration de le solvable est tr s important pour les solutions aqueuses ceci c est par la saturation et l existence de r actions chimiques Les diff rents composants chimiques l eau souterraine et de la plu ils produisent solubilisation des mat riaux La lixiviation produit une acidification des eaux souterraines et superficielles Pour entendre meilleur la lixiviation on va a expliquer la lixiviation chimique statique et la dynamique et depuis la lixiviation biologique ou biolixiviation III Lixiviation chimique III 1 1 Lixiviation statique La lixiviation statique permet d obtenir et de comparer la composition chimique de la roche ou l chantillon Des m thodes statiques sont utilis es pour d terminer si l enrichissement en m taux au milieu naturel est important Les avantages Les essais statiques sont plus simples effectuer Ils sont applicables tout type des mat riaux Ils ont destines a la r collection de r sultats Les inconv nients l absence de prise en compte de la min ralogie l impr cision des m thodes standardis es d analyse des min raux sulfur s notamment la pyrite l erreur engendr e par la pr sence ventuelle de sid rite FeCO3 Caract ristiques des essais de lixiviation statique gt Le pH de l agent qu il fait la lixiviation peut tre neutre eau d min ralis e L
25. m ration et quartage Objet obtention d un mat riau plus homog ne et obtenir des particules de taille r elle puis que l agglom ration est plus fr quente avec ce type de sable Appareillage gt Tamis 2mm c est pour une s paration initiale de l chantillon global gt Un mortier La m thodologie Tamiser l chantillon le sable qu il reste dans le tamis 2mm se met au mortier pour le d sagr ger Les particules que ne peuvent pas d sagr ger sont rejet es On effectue cette op ration jusqu une quantit de sable n cessaire pour la r alisation de touts les essais Le sable que passe pour le tamis est mis quartager avec un quarteur La m thodologie est plus facile On met le sable au quarteur il s pare l chantillon avec deux quantit s pareilles EK li V Introduction dans le quarteur Le quarteur vue de c t et de dessus montrant la r partition sym trique du mat riau II 2 Granulom trie voie s che et humide II 2 1 Introduction D finition La granulom trie a pour objet la d termination de la taille des particules l mentaires qui constituent les ensembles de grains de substances diverses telles que farines poudres sable et la fr quence statistique des diff rentes tailles de grains dans l ensemble tudi La technique de la granulom trie laser utilise le principe de diffraction et de diffusion d un faisceau laser La th orie de diffraction d
26. ort on a expliqu au dessous Selon la normative frangaise X 31 210 Mais ona mis des chantillons calcination dans un four a une temp rature de 60 C 105 C et 550 C La calcination on l utilise pour l limination de la mati re organique et aussi voir comment influence ce processus sur la lixiviation gt La quantit de rapport R L S 10 gt Utilisation de l eau d min ralis e et de robinet Remarque cause de la manque de quantit du chantillon IV on utilise R 10mL 1g Avec les autres on utilise R 100mL 10g V DETERMINATION SEMIQUANTITATIVE DES METAUX V O Introduction Les essais suivants on a effectue avec les chantillons de lixiviation pour diff rents quantit s de rapport Pour l essai de lixiviation d agitation 24h on a effectue les essais d termination du Fer et la d termination du Arsenic Ces essais l objectif est savoir semiquantitativement les m taux sont dans les chantillons Remarque les chantillons de l essai lixiviation selon la quantit de rapport on n est pas passe pour l analyse ICP V 1 Le fer V110bjet D termination semiquantitative du fer avec Quantofix V 1 2 Contenu gt 1 bo te en aluminium avec 100 languettes gt 1 flacon de Fer 1 gt 1 r cipient gradu avec graduation de 5ml gt 1 petite cuill r e de mesure V 1 3 Mode d emploi 1 Rincer le r cipient gradu avec l chantillon analyser pH 1 7 et le remplir jusqu la g
27. paraissent progressivement laissant un sol nu et d grad sans activit microbiologique I SITE DE CARNOULES I 1 Situation g ographique L ancienne mine de Carnoul s est situ e dans la r gion de Languedoc Roussillon France i Ki MORD PASDE CALAIS e omen E PICARDIE O e o e zd HE W x r4 1 m pe Em NORMANDIE our i C H Vars M DEFRANCE MD m ON CHAMPAGNE s a ERETAGNE mom ALSACE m j P e K SE o M a i Y wi PAYS CENTRE GAME CS DELOIRE wm BOURGOGNE COMTE Ke A A A H d d cut M c r A uc ee ME E je RLPES d i PAYS CHARENTES LIMOUSIN 1 To DE ue SAVOIE P m wERGnE ALPES lt a PROWEH ALPES DU SUD o i G i AOUITATHE j MIDI l E PYRENEES ITRF HFP Figure 2 Carte situation dans la France 50 Km de N mes et 6 Km d Ales 1 E SE Hautes C vennes i Ear a gPonEb SE EspriE Bess ges d i ainb Bmbrois i i Goudargues Val de C ze SE jannes Le Clap Fumades SrEnorabien les Bains 9 Vall e Borgne g Saint jean a Rl s en C i Bagnols sur Deze du Gard 4 e aint Laurent Valleraugue Halet W ezenobres des Arbres L Esp rou HE Higual sAnduze i ag hoquemaure 2 S T Le ligan amp Saint Hippolyte gilleneuve B auve F SCH cd rieu d 2 auzse uiszac Aigoual HIHES Cer WW d Sommier ez g Bea
28. que l oxydation chimique des min raux sulfur s Dans les solutions acides cet agent est le fer ferrique Les bact ries ont uniquement une fonction catalytique parce qu elles acc l rent la r oxydation du fer ferreux En l absence de bact ries cette r action se produit beaucoup plus lentement IV LIXIVIATION AU LABORATOIRE IV O Introduction Essais qu on a r alis s gt lixiviation sur filtre lixiviation avec diff rentes L S lixiviation par agitation de 24h Diff rents points du site Au debout c est pr cise la d finition de quelques mots importants pour comprendre mieux cet essai gt D chet Mat riau quelle que soit son origine dont le rejet ou le d p t dans le milieu naturel est r alis ou envisag gt Essai de lixiviation Extraction liquide solide dans les conditions d finies dans la pr sente norme d un chantillon de d chet par une solution aqueuse Lixiviat Solution contenant les l ments solubilis s au cours de l essai de lixiviation sur laquelle sont effectu es les caract risations analytiques chantillon pour laboratoire Quantit de d chets repr sentative d un chantillon global r duit obtenue par l ensemble d op rations de pr l vements l mentaires et de division d un chantillon global constitu sur site et destin l examen en laboratoire gt chantillon pour essai Quantit de d chets repr sentative de l chantillon pour laboratoire o
29. raduation de 5ml 2 Ajouter 1 cuill re de mesure de Fer 1 et agiter l g rement 3 A chaque usage ne pr lever que le nombre n cessaire de languettes de la boite Apr s pr l vement fermer imm diatement la bo te Ne pas toucher la zone de test avec les doigts 4 Immerger bri vement la languette dans la solution analyser et comparer apr s 20 secondes la zone de test avec l chelle de couleurs En pr sence d ions de fer la zone de test se d colore en bleu Pour d terminer le fer II c t du fer ILI immerger la languette directement dans la solution acide sans addition de Fer 1 Interf rences Le cobalt en concentration sup rieur 50mg I provoque une coloration jaune brune laquelle peut tre limin e par chauffage avec du dithionite de sodium Les hexacyanoferrates chappent la mesure et doivent amp tre d compos s avant la d termination avec de l acide sulfurique concentr Conservation Conserver les languettes l abri de la lumi re solaire et de l humidit Conserver dans un endroit frais et sec V 1 4 R sultats 0 mg l Fe 2 25 50 100 Figure 16 Echelle chroma ique Fer V 2 L Arsenic V 2 1 Objet D termination semiquantitative de l arsenic avec quantofix V 2 2 Contenu Y Y V NV 1 bo te d aluminium avec 100 b tonnets de test 1 cuvette de r action 1 seringue de 5ml 2 bouteilles d arsenic 1 2 bouteilles d arsenic 2 V 2 3 Mode d
30. s ont t s effectu s sur la granulom trie laser sur l instrument LS 230 Module solvants HFM II 2 3 L appareil L appareil LS 230 est compos de gt Le banc optique constitu de l metteur source laser gt Zone d chantillonnage lentilles interchangeables cellules de mesure voie s che et voie humide gt R cepteur ensemble de photodiodes gt Le syst me informatique avec logiciel assurant le traitement des donn es d tecteur Celle Lentille de Laser LS230 EA DRM Figure 11 Description du dispositif exp rimental Avant de commencer l essai de granulom trie laser il faut pr pare l appareil avec les tapes de il fait tout seul gt Alignement du faisceau au centre du d tecteur gt Z ro lectronique et z ro optique Les principales tapes de la mesure Introduction de l chantillon pendant une p riode de mesure inspection D clenchement de la mesure gt Capturassions de l image de diffusion du faisceau Conversion des donn es brutes en donn es exploitables par le logiciel int gr II 2 4 R sultats La dur e d une analyse granulom trique a t de l ordre de 1 min Les principales donn es pour la comparative des r sultats sont les suivantes Dio taille de particule pour laquelle 10 de l chantillon se trouve en dessous de cette dimension Dso taille de particule laquelle 50 de l chantillon a une taille inf rieure et 50 de l chantillon a une
31. taille sup rieure C est le diam tre m dian MMD mass m dian diam tre Doo taille de particule pour laquelle 90 de l chantillon se trouve en dessous de cette dimension D 4 3 diam tre moyen volume D 3 2 diam tre moyen pond r en surface diam tre de Sauter Spann mesure de la largeur de la distribution Spann D v 0 9 D v 0 1 D v 0 5 forme de CV Il faut fixer la densit de l chantillon de dispersion appropri Les graphiques de le volume et le cumul sont plus importants pour une comparative de les deux chantillons on se monte Comparative des deux essais voie s che et humide Par voie s che a t effectu avec trois chantillons diff rents par voie humide avec sept chantillons aun Echantillon voie s che Echantillon voie humide 39 08 5 388 255 9 72 01 649 8 459 8 D 3 2 73 09 12 99 D 4 3 1 188 2 172 Spann 73 64 122 4 II 3 Analyse min ralogique avec diffraction X II 3 1 Introduction Objet Rechercher les types de min raux existant dans l chantillon C est un analyse qualitative seulement La Diffraction des Rayons X est une m thode d analyse min ralogique des mat riaux cristallis s Elle permet sur des poudres ou des chantillons massifs morceau de roche lame mince filtre de d terminer la nature des phases min rales et de les quantifier Actuellement la diffraction des rayons X intervient dans la quasi totalit des th ma
32. talonner un instrument Cet talon est tr s important Le Tableau suivant donne les valeurs des limites de d tection ainsi que des limites sup rieures de concentration une longueur d onde appropri e pour les l ments importants dans l analyse des polluants de l eau Pour la pr paration des solutions talons de r f rence doivent tre achet e ou pr par e partir d l ments de tr s haute puret ou partir de leurs sels Ces solutions doivent tre pr par es en utilisant de l acide chlorhydrique ou nitrique de tr s haute puret comme appropri avec une concentration en acide suffisante pour produire une solution stable de l l ment concern LiLLS LL Li LS 3 CARACTERISTIQUES M TROLOGIQUES D UN SYST ME ICP Limite de Limite sup rieure Longueur d onde l ment TEES d tection de concentration pg L mg L Aluminium 308 215 20 100 Antimoine 206 833 50 100 Argent 328 068 5 50 Arsenic 193 696 50 100 Baryum 455 403 0 3 50 B ryllium 313 042 0 5 10 Bore 249 773 5 50 Cadmium 226 502 5 50 Calcium 317 933 10 100 Chrome 267 716 7 50 Cobalt 228 616 6 50 Cuivre 324 754 3 50 Fer 259 940 3 100 Lithium 670 784 3 100 Magn sium 279 079 30 20 Mangan se 257 610 2 50 Molybd ne 202 030 5 100 Nickel 231 604 10 50 Potassium 766 491 200 100 Plomb 220 353 50 100 S l nium 196 026 100 100 Silicium 288 158 60 100 Sodium 588 995 50 100 Strontium 407 771 0 5 50 Thallium 190 864 50 100 Vanadium 292 402 5 50 Zinc
33. tiques et constitue un compl ment indispensable aux observations optiques microscopiques ou spectroscopiques Exemples d application lamin ralogie des alt rations et des sols gt la min ralogie des d p ts s dimentaires lacustres fluviatiles ou marins gt l volution qualitative et semi quantitative des min raux argileux dans les alt rations ou les s diments la caract risation des complexes organo min raux des sols la min ralogie des phases magn tiques des sols et des alt rations la min ralogie des phases cimentera inertage de d chets la min ralogie des a rosols particuli res naturels ou anthropiques II 3 2 Pr paration de l chantillon pour essai gt rituration de le sable et tamisage pour le tamis de 80m gt On met le sable qu il a passe pour 804m sur un porte chantillon et on faire une lame plus mince Plus tard on la mettra au appareil Difrac plus pour l analyse min ralogique II 3 3 L appareil Ce syst me est bas sur le comptage des impulsions qu ils viennent une s rie de points sensibles situes sur un d tecteur Il a un signal proportionnel la quantit d impulsions enregistr e Cet instrument analyse des angles de diffraction des cristaux de l chantillon La r solution est conditionn e par le nombre de capteurs L appareil produise des diagrammes de diffraction La m thode de diffraction X permet d exploiter la lumi re r fl chie et la lumi re Transmise
34. trer l chantillon sous vide avec l aide d une seringue et un filtre Apr s la filtration on lire pour deuxi me fois le pH Le suivant sch me c est comprendre mieux l essai agitation 24h filtration sous vide t seringue Flacon Figure 15 IV 3 Essai lixiviation par aaitation de 24h Diff rents points du site La pr cipitation du fer est visible dans le Riegous dans ce cas on a pris 4 chantillons de diff rents points de la rivi re Observation Depuis de la pr paration des chantillons fragmentation 4mm et tamisage on peut voire qu il y a diff rents couleurs chaque une d pendant de le lieu o nous les avons pris et aussi diff rentes textures gt Source jeune marron gt Cascade 1 jeune gt Cascade 2 orange fort gt Confluence avec l Amous orange clair On peut voir aussi qu il y a un changement de couleur quand les chantillons sont s ch s 550 C c est plus fort Depuis la lixiviation 24h la couleur de l eau est de couleur rouge IV 3 1 Objet D termination de la masse que a t solubilis en diff rents chantillons prises dans le site de Carnoul s Influence de l agitation depuis 24h Le calcul de cette masse s effectuera gr ce le syst me d analyse ICP III 3 2 R actif et appareillage Voir point III 2 2 IV 3 3 Mode d emploi Le processus de cet essai est pareil l essai de lixiviation par diff rentes quantit s de rapp
35. ucaire Ki Lasalle Val de Salindrenque b lauyert vil Verg ze Saint Gilles Fhony Widourle i Horte Le Grrau du FRioi a figues Mr i SCREP SAS Fort Carmarque Figure 3 Situation dans la r gion Pendant la visite sur la zone on a r alis gt Observation de la zone gt Echantillonnage et essais sur site I 2 Observation de la zone Des st riles de l ancienne mine de Carnoul s sont situ s au milieu de diff rents bassins versants A cause de lorographie de l endroit il y a des ruisseaux souterrains le niveau de ces ruisseaux augmente a cause de la pluie et il sont en contacte avec les d chets mineurs Le Riegous est le ruisseau qu il y a cause des autres ruisseaux souterrains Celui ci qu est pollu confluence avec l Amous non pollu On peut le sch me suivant la confluence des deux ruisseaux r T 0 Wo ul B P P e LEET p E D p 5A Ki PCITEITE m D De Al Bee Z TETH Figure 4 Confluence des ruisseaux Les points indigu s sont des diff rent chantillons qu on a pris e Cx wel e i A Ete M 2x e Ej wf S n C d Lo qw p b Se gt ER KEN Ex g ri i P gt a e ta I Matra f N e i d a SA gl T A gt Pr eL L Figure 5 Confluence Riegous gauche couler rouge et Amous droit Le couleur du cet terre de st rile est gris et le mat riel est broy tr s finement Pr l vement d
36. uret carbonat e avec quantofix V 4 2 Mode d emploi chaque usage ne pr lever que le nombre n cessaire de languettes de la bo te Apr s pr l vement fermer imm diatement la bo te Ne pas toucher la zone de test avec les doigts Immerger la languette pendant 5 secondes dans la solution analyser secouer le liquide en exc s et comparer apr s 30 secondes avec l chelle de couleur Interf rences En pr sence de les bases fortes ou d autres substances consommant les acides le r sultat sera erron Conservation Conserver les languettes l abri de la lumi re solaire et de l humidit Conserver dans un endroit frais et sec V 4 3 R sultats 0 d 3 d ed 10 d 15 20 d 1 d 17 8 mg CaCO3 Figure 20 chelle de couler duret carbonat e VI ANALYSE ICP Inductively coupled plasma VIO Introduction Certaines d finitions Plasma Gaz dont une grande fraction des atomes se trouve l tat ionis et qui excite et ionise les atomes d un chantillon introduit dans un syst me ICP pour tre analys gt M buliseur Dispositif qui transforme un chantillon liquide en un a rosol gt Solution blanche d essai Solution pr par e de la m me mani re que la solution chantillon mais ne contenant pas le ou les l ments d terminer Solution talon de r f rence Solution de concentration connue avec exactitude du ou des l ments d int r t utilis e pour essayer et
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