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Décontamination à l'échelle pilote des particules fines de sols de buttes de tir à l'arme légère pollués en cuivre, plomb, antimoine et zinc par lixiviation acide et saline.

Guemiza, Karima (2013). Décontamination à l'échelle pilote des particules fines de sols de buttes de tir à l'arme légère pollués en cuivre, plomb, antimoine et zinc par lixiviation acide et saline. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 188 p.

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Résumé

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Les munitions utilisées par les militaires lors des exercices sur les sites canadiens de tir à l'arme légère sont principalement composées de plomb (Pb), cuivre (Cu), antimoine (Sb) et zinc (Zn). La grande quantité de balles au sein des buttes d'arrêt des sites de tir est donc associée à une pollution importante en métaux (particulièrement en Pb) des sols constituant ces buttes d'arrêt, présentant un risque pour les humains, les ressources biologiques et les écosystèmes. La règlementation environnementale a encouragé le développement de nouvelles technologies de traitement pour la décontamination des sols. Les métaux peuvent être enlevés par des méthodes physiques (taille, densité, magnétisme, etc.) ou par extraction chimique (acides, chélatants, oxydants, etc.) ou par les deux ensemble, etc. L'objectif de cette recherche consistait à vérifier, à l'échelle du pilote de laboratoire, la performance d'un procédé de traitement chimique pour l'enlèvement du Cu, Pb, Sb et Zn des particules fines des sols des buttes de tir. La première étape du projet a consisté en une caractérisation détaillée de la couche 0-30 cm des sols pollués des sites Batoche et Normandie de la base militaire de Valcartier. Par la suite, le procédé chimique de décontamination des sols, consistant en une série (en mode batch) de trois étapes de lixiviation (V = 20 L, DP = 10%, T = 20°C, t = 1 h) à l'acide sulfurique (0,125 M H2S02) et chlorure de sodium (4 M NaCI), suivie d'une étape de rinçage à l'eau (DP = 10%, T = 20°C, t = 60 min), a été appliqué sur la fraction fine des sols (fraction < 125 µm). Les particules de taille supérieure sont traitées par des procédés gravimétriques qui ne font pas l'objet de ce mémoire. Ce procédé a permis une extraction de 85 à 93% de Cu, de 96 à 97% de Pb, 59 à 89% de Sb et 49 à 70% de Zn contenus initialement dans les sols des buttes de tir. Des teneurs moyennes de 28 et 155 mg Cu/kg, 161 et 234 mg Pb/kg, 19 et 126 mg Sb/kg et 29 et 91 mg Zn/kg ont été mesurées dans les sols remédiés des sites Batoche et Normandie, respectivement. Après lixiviation, les lixiviats ont été séparés des sols dans un décanteur lamellaire (t = 1 h) avec un apport de polymère (0,02 M de Zetag 7654). Les lixiviats acides obtenus suite à la lixiviation chimique des sols contenaient une concentration moyenne de 220 mg Pb/L. Le traitement de ces lixiviats a été réalisé avec succès par une précipitation chimique avec NaOH (200 g/L) à pH = 9, suivie d'une étape de décantation des boues métalliques. Le procédé a ensuite été opéré en mode contre-courant pour un total de 14 cycles, avec traitement des lixiviats par précipitation avec NaOH à pH = 7. Trois étapes de lixiviation (V = 20 L, DP = 10%, T = 20°C, t = 1 h) à l'acide sulfurique (0,125 M H2S04) et chlorure de sodium (4 M NaCI), suivie d'une étape de rinçage à l'eau (DP = 10%, T = 20°C, t = 15 min), a été appliqué sur la fraction fine des sols (fraction <125 µm). Des teneurs moyennes de 166 mg Cu/kg, 449 mg Pb/kg, 170 mg Sb/kg et 91,3 mg Zn/kg ont été mesurées dans les sols remédiés du site Batoche. Il a été démontré que le procédé de lixiviation chimique permet de décontaminer la fraction fine des sols de buttes de tir en réduisant les teneurs en contaminants sous les seuils du critère C (usage industriel ou commercial) prescrit par le Gouvernement du Québec. De même, l'application du test standard de lixiviation TCLP (simulant la production de lixiviats dans les sites d'enfouissement) a révélé que l'application du procédé réduisait significativement le relargage des métaux à partir des sols de buttes de tir. Ainsi, la concentration de 142 mg Pb/L mesurée lors du test sur les sols non-traités a été abaissée à moins de 0,8 mg/L après traitement du sol. Une valeur limite de 5 mg Pb/L est prescrite pour la désignation des matières dangereuses. Il serait essentiel de mener des travaux supplémentaires concernant l'extraction du Sb. Des travaux supplémentaires concernant la précipitation du Sb à partir de lixiviats acides devraient aussi être envisagés. Il serait tout aussi essentiel de connaître la performance du procédé de décontamination par rapport à d'autres contaminants tels que l'arsenic (As), le nickel (Ni) et l'étain (Sn) qui peuvent également se retrouver dans les munitions utilisées pour le tir. Il serait également opportun d'étudier cette filière de traitement avec d'autres types de sols. Ainsi, des travaux additionnels visant la valorisation du Pb contenu dans les précipités issus du traitement des lixiviats seraient recommandés. Finalement, il serait suggéré de procéder à des essais à plus grande échelle afin de prouver l'efficacité du procédé de lixiviation à contre-courant avec traitement des lixiviats.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Mercier, Guy
Co-directeurs de mémoire/thèse: Blais, Jean-François
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: sol pollué; procédé; décontamination; agent de lixiviation; étude technico-économique; plomb; cuivre; antimoine; zinc; Batoche ; Normandie
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 05 déc. 2013 14:38
Dernière modification: 20 nov. 2015 14:58
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1763

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