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Développement d'un procédé chimique de décontamination de bois usagé traité à l'arseniate de cuivre chromaté.

Janin, Amélie (2009). Développement d'un procédé chimique de décontamination de bois usagé traité à l'arseniate de cuivre chromaté. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 244 p.

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Résumé

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Les rejets sans cesse grandissants de déchets de bois traité à l’arséniate de cuivre chromaté (ACC) imposent le développement de nouvelles technologies de traitement et de recyclage, afin d’éviter l’accumulation des déchets de bois traité dans les sites d’enfouissement, ainsi que la dispersion des contaminants dans l’environnement. Le but de cette étude est d’identifier un procédé de lixiviation chimique et de traitement des lixiviats qui permet l’extraction de l’arsenic, du chrome et du cuivre dans le bois traité à l’ACC et qui soit applicable à grande échelle, c'est-à- dire à des coûts d’exploitation compétitifs en comparaison aux autres filières de gestion de ces matériaux contaminés. Dans un premier temps, les conditions de lixiviation chimique ont été étudiées afin d’optimiser les paramètres tels que le choix du réactif chimique de lixiviation, sa concentration, le ratio solide/liquide, la température, le temps de lixiviation et la taille des particules de bois pour la rémédiation de bois traité à l’ACC. Les résultats démontrent que l’acide sulfurique est un réactif à la fois peu coûteux et très efficace. Les conditions optimales d’opération lors de la lixiviation de bois traité à l’ACC par l’acide sulfurique sont une température de 75°C, avec une concentration de 0.2 N H2SO4 et une teneur en solides de 150 g de bois par litre. Dans ces conditions, trois étapes de deux heures de lixiviation successives permettent l’extraction de 99% de l’arsenic et du cuivre, et 91% du chrome, tandis que la concentration d’arsenic dans les lixiviats de tests standards TCLP (toxic characteristic leaching procedure) et SPLP (synthetic precipitation leaching procedure) est réduite de 86% et 82% respectivement. Ces résultats rapportent une baisse significative du risque de contamination de l’environnement. Les coûts d’opération de l’étape de lixiviation seule sont de 25 $US par tonne de bois traité (tbt). Ces résultats démontrent la faisabilité de l’étape de décontamination par voie chimique. En effet, la lixiviation par l’acide sulfurique est une option prometteuse pour une gestion durable des déchets de bois traité à l’ACC. Dans un deuxième temps, cette étude explore différentes options pour extraire les métaux (As, Cr et Cu) depuis les lixiviats métalliques issus de la rémédiation chimique du bois traité à l’ACC. Tout d’abord, la précipitation-coagulation avec du chlorure ferrique a été testée. Ce traitement, conduit à pH 7 avec de l’hydroxyde de sodium et un polymère anionique (Magnafloc 10), permet d’extraire simultanément 99% de chacun des trois métaux. Ce procédé génère 37 kg de boues sèches par tonne de bois traité, ce qui correspond à une réduction du volume des déchets métalliques de 99.7%. Les coûts d’opération de la lixiviation suivie de la précipitation totale à pH 7 avec NaOH et FeCl3 ont été estimés à 80$ US tbt-1. Bien que très efficace dans ces conditions, l’emploi combiné de NaOH et FeCl3 ne permettait toutefois pas de récupérer sélectivement les métaux. Par la suite, l’extraction et la récupération du cuivre a été étudiée par électrodéposition. Cette technologie est efficace et permet la récupération à la cathode de 99% du cuivre après 90 min de traitement à 10 A. Par contre, l’arsenic a été identifié comme étant un agent perturbateur lors de l’électrodéposition du cuivre. En effet, l’arsenic et le cuivre se déposaient simultanément à la cathode sous forme de Cu3As. En revanche, si une précipitation est conduite préalablement à pH 4 avec du chlorure ferrique, il est possible d’éliminer 99% de l’arsenic et 88% du chrome par précipitation, puis de poursuivre par l’électrodéposition du cuivre. Dans ce cas, un réajustement de pH à 1.3 est nécessaire avant l’imposition du courant électrique, ce qui permet l’extraction de 99% du cuivre sous une forme solide et de bonne qualité (pur à 99%). Ce procédé comprenant la lixiviation chimique du bois traité, la précipitation des lixiviats à pH 4, le réajustement de pH puis l’électrodéposition coûterait environ 101 $US tbt-1, tandis que les revenus de vente du cuivre récupéré sont estimés à 8 $US tbt-1. L’utilisation de résines échangeuses d’ions a également été étudiée pour l’extraction sélective à la fois du chrome et du cuivre depuis les lixiviats acides issus de la rémédiation du bois traité à l’ACC. Des essais préliminaires en mode cuvée ont révélé que la résine chélatante Dowex M4195 offre une très forte sélectivité pour le cuivre, tandis que la résine cationique forte Amberlite IR120 a une capacité d’échange élevée pour le chrome et le cuivre. La combinaison des résines M4195 et IR120 en colonnes successives permet l’élimination de 96% du cuivre et 68% du chrome. La régénération des résines et leur recyclage a également été étudiée. L’hydroxyde d’ammonium s’est révélé être un éluant très efficace pour le cuivre (94% du cuivre solubilisé depuis la résine chélatante), tandis que l’acide sulfurique à 10% permet de solubiliser 81% du chrome immobilisé sur la résine IR120. Par ailleurs, l’étude de cycles successifs d’adsorption et d’élution des résines M4195 et IR120 a mis en avant la stabilité des capacités d’échange des résines M4195 et IR120 tout au long de cinq cycles de traitement. La détérioration des résines n’a pas été observée après les cinq étapes d’élution. En outre, ces résultats laissent entrevoir une rétention de l’arsenic par diffusion dans les colonnes de résine M4195, ce qui nécessite une adaptation du débit afin d’éviter des problèmes de contamination des éluats de la résine M4195 par l’arsenic. Le traitement successif des lixiviats acides de bois traité à l’ACC par les résines M4195 et IR120 permet l’extraction sélective du cuivre, puis du chrome, tandis que l’arsenic peut être extrait des effluents par précipitation-coagulation avec le chlorure ferrique à pH 5.7. Ce procédé permet l’enlèvement de 99.9% de l’arsenic présent initialement. Au final, les effluents contiennent moins de 1 mg L-1 d’arsenic, de chrome et de cuivre et peuvent potentiellement être réutilisés à l’étape de lixiviation ou rejetés dans le réseau d’égouts.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Blais, Jean-François
Co-directeurs de mémoire/thèse: Mercier, Guy; Drogui, Patrick
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: procédé chimique; décontamination; bois usagé; arsenic; cuivre; chrome; récupération; lixiviation; lixiviats
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 11 févr. 2014 16:17
Dernière modification: 20 nov. 2015 18:36
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1773

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