CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Caractérisation du site et profil du sol

Le profil de sol d’une friche industrielle, localisée le long du canal Lachine à Montréal (Canada), a été étudié afin d’en déduire la distribution des métaux. Des remblais anthropiques riches en déchets recouvrent un sol naturel composé de tourbe et de marne d’épisode de marais. Dans l’horizon riche en déchets (AS2), les teneurs en métaux (As, Cd, Cu, Pb et Zn) dépassent largement le critère générique C du MDDEP. La distribution de ces polluants dans les remblais reflète une grande hétérogénéité spatiale et géochimique. Les métaux sont aléatoirement distribués dans toutes les fractions granulométriques, et ce, bien que les particules fines soient les plus affectées. Un fort enrichissement en métaux est mesuré dans l’horizon organique (tourbe) comparativement à l’horizon minéral (marne) bien que les teneurs concernées des métaux dans les horizons du sol naturel soient basses (souvent en dessous du critère A du MDDEP). Cet enrichissement suggère l’hypothèse d’une mobilisation des métaux dans le profil du sol et donc, une possible lixiviation des déchets dans la couche de remblais. Les travaux portant sur 150 particules ont montré que :

• La forme géochimique prédominante du Zn est la sphalérite (ZnS)

• Le Cu et le Pb sont distribués dans diverses phases géochimiques dont les plus abondantes sont des oxydes/hydroxydes et des carbonates.

• La composition morphologique des PRM présente également une grande diversité bien que la majorité des phases solides riches en métaux subsistent en tant que particules libres ou forment des associations complexes de plusieurs phases métalliques.

• Les composition chimiques et minéralogiques de certaines phases riches en métaux suggèrent un processus probable d’altération des résidus métallurgiques (émiettement, co-

précipitation, altération de sulfures en sulfates, d’oxydes en carbonates ou hydrocarbonates, etc.).

Cependant, les conditions chimiques du sol anthropique se révèlent peu propices à la mobilisation, à la fois pour des espèces cationiques de Cd, Pb, Cu et Zn (pH 7–8) et anioniques de As (forte présence de calcite, de gypse, d’oxyde/oxyhydroxyde de Fe, Al et Mn) susceptibles de « piéger » les espèces anioniques de As(V) et As(III) (Cornelis et al., 2008). L’adsorption de l’arsenic est étroitement liée aux conditions chimiques du milieu (pH et Eh, anions compétiteurs, etc.) et à son degré d’oxydation. La présence d’anions compétiteurs dans la solution de sol tels que HCO3- et SO42- peut réduire significativement l’adsorption de l’arsenic (Wang et Mulligan,

2006). Pour des pH alcalins, As(V) va avoir tendance à être piégé en plus grande quantité sur les phases de type oxyhydroxyde de Fe que As(III) (Cornelis et al., 2008; Wang et Mulligan, 2006). L’évaluation de la spéciation de l’arsenic est nécessaire si l’on veut prévoir le transfert de cet élément dans la solution de sol. En considérant que des espèces dissoutes d’arsenic atteignent l’horizon de tourbe, As(III) et As(V) sont susceptibles d’être immobilisés (complexation) par les acides humiques et fulviques contenus dans la tourbe, laquelle présente un pH de 5–6.

Les microanalyses par SEM-EDX n’ont pas permis l’indentification des formes géochimiques des phase solides de As et de Cd. Étant donné le caractère généralement toxique de ces éléments à faible dose, il serait intéressant d’évaluer leur spéciation. Par exemple, il serait pertinent d’étudier la spéciation en phase solide du Cd par spectroscopie EXAFS. La caractérisation des échantillons de sol montre une corrélation forte entre le Zn, le Cd et le S. Cela suggère que le Cd intervient en tant qu’impureté dans la phase de sphalérite. L’étude de la spéciation des métaux (en phase solide et liquide) dans l’horizon de tourbe pourrait également être intéressante afin d’évaluer la mobilisation des métaux. L’hypothèse de l’altération des

naturel) peut être confirmée ou démentie par l’utilisation des rapports isotopiques du Pb. Les résultats préliminaires (non publiés dans ce document) confirmeraient la contamination de l’horizon organique sous-jacent par les métaux des déchets. Les compositions isotopiques du Pb des échantillons de tourbe sont « encadrées » par deux pôle majeurs, lesquels correspondent à deux type de déchets grossiers situés dans les remblais (à confirmer).

Lavage de sol par flottation

Le lavage de sol par flottation a été étudié pour l’enlèvement des particules riches en As, Cd, Cu, Pb et Zn de ce sol fortement pollué, après un broyage des fractions granulométriques supérieures à 250 µm. Les mécanismes de transport impliqués dans le procédé de séparation (c’est-à-dire, le vrai processus de flottation et l'entraînement mécanique) sont évalués par : (1) les conditions chimiques de la pulpe (pH, type de réactif, concentration des réactifs, implication d’une étape d’activation chimique); (2) les conditions physiques (vitesse d’agitation, temps de flottation, mode d’addition des réactifs et utilisation d’une étape de traitement par ultrasons); (3) les caractéristiques de la contamination (la spéciation des métaux et la distribution des métaux dans les fractions granulométriques); (4) les index de sélectivité de séparation de Zn/Ca et de Zn/Fe. Une grande proportion de particules riches en métaux a été récupérée dans la fraction de mousse par le mécanisme d'entraînement plutôt que par le véritable processus de flottation. L’utilisation du xanthate comme agent collecteur a donné de meilleurs résultats en terme de sélectivité de séparation des PRM comparativement à l’utilisation du kérosène. Cependant, les propriétés liées aux surfaces des particules (environnement chimique de la pulpe et minéralogie des PRM) ne permettent pas d’expliquer clairement la différence de la réponse de flottation observée entre le kérosène et le xanthate.

Dans notre cas, l’effet d’entraînement mécanique des fines particules n’est pas dû à une vitesse d’agitation excessive puisque l’augmentation de 1000 à 1350 tours/min n’a pas provoqué la baisse de la sélectivité de séparation. Le mécanisme d'entraînement des particules <20 µm est mis en évidence par l’étude de la réponse de flottation en fonction de 5 fractions granulométriques. L’effet d’entraînement se produit particulièrement avec: (1) l’utilisation du collecteur kérosène; (2) un long laps de temps de flottation (>5 min); (3) une flottation en une seule étape avec une dose élevée de collecteur. La sélectivité de flottation est meilleure pour la fraction granulométrique intermédiaire (20–125 µm). L’utilisation de la méthode de flottation en plusieurs étapes successives permet d’améliore la sélectivité de séparation par flottation.

Le lavage de sol par flottation serait amélioré en traitant de façon indépendante les fractions fines (<20 µm), intermédiaires (20–125 µm) et grossières (>125 µm) par des systèmes spécifiquement adaptés (par exemple le traitement par le système de flotation à air dissout pour les fines; Chapitre 3) mais cela compliquerait techniquement le procédé de traitement. Le dosage de l’agent de sulfuration Na2S employé dans le Chapitre 6 pourrait être optimisé avec un contrôle

du potentiel Eh de la pulpe à l’aide d’électrodes spécifiques (Fuerstunau, 2007). Si la priorité de la décontamination est d’enlever le Zn (lequel est le principal contaminant en terme de concentration totale, dépassant largement le critère D), le traitement préalable de la pulpe par du sulfate de cuivre (CuSO4) pourrait améliorer la flottation des particules de sphalérite qui flottent

moins facilement, comparativement aux autres sulfures métalliques (Bouchard, 2001). En combinant les étapes suivantes, la récupération des métaux, en particulier du Zn, pourrait être significativement améliorée: (1) prétraitement par ultrasons de la pulpe; (2) étape de l’activation chimique des surfaces de sphalérite par l’ajout d’ions Cu2+; (3) étape de sulfuration optimisée par contrôle du Eh; (4) flottation en multi-étapes (<5 min) avec le KAX comme collecteur.

Le but de cette étude n’est pas une optimisation d’un procédé de lavage de sol mais une démonstration à l’échelle laboratoire des principaux facteurs qui influencent les performances de la flottation en cellule pour le traitement des sols contaminés par les métaux. Dans la perspective d’une optimisation et d’une application à plus grande échelle du procédé, il serait pertinent de promouvoir l’utilisation de réactifs de flottation (collecteur et moussant) non nocifs pour l’environnement (des tensio-actifs biodégradables). Bien que les concentrations des réactifs utilisés soient faibles, la présence de kérosène ou de xanthate dans les eaux de procédés pourrait poser des problèmes de toxicité pour l’environnement aquatique. Les eaux de procédés doivent être recyclés pour plusieurs cycles de flottation.