Essais de lixiviation semi-dynamiques sur échantillons monolithiques

Les essais de lixiviation semi-dynamiques ont été réalisés sur des échantillons de pâtes de CEM III/B lixiviés avec un pH des solutions lixiviantes maintenu à 7 par ajout d’acide nitrique, les autres paramètres expérimentaux dépendent des tests effectués et sont présentés dans le Tableau 18. Deux tranches de pâte de ciment (de même nature) et mesurant environ 4 cm x 4 cm x 1,1 cm, sont introduites dans le réacteur avant le début de l’essai comme illustré sur la Figure 23. La surface de lixiviation est ainsi proche de 98 cm² et le rapport volume de Liquide / aire de Surface (L/S) est

85 d’environ 10 cm. Pour les tests sur échantillons monolithiques, les renouvellements sont effectués selon la quantité d’acide nitrique ajoutée au réacteur.

Tableau 18 : Paramètres expérimentaux des tests de lixiviation semi-dynamiques réalisés sur échantillons monolithiques

EUP EM EUP_6Mois EUP_moulé EM_30°C MgCl2 AlCl3

pH de lixiviation ^{7 7 7 7 7 7 7} Nature de l’échantillon Pâtes de CEM III/B Pâtes de CEM III/B Pâtes de CEM III/B Pâtes de CEM III/B Pâtes de CEM III/B Pâtes de CEM III/B Pâtes de CEM III/B Solution de lixiviation Eau Ultra Pure Eau minéralisée Eau Ultra Pure Eau Ultra Pure Eau minéralisée Solution de MgCl2 à 8,2 mg/L Solution d’AlCl3 à 250 µg/L Durée de

l’essai ^{3 mois 3 mois 6 mois 2 mois 3 mois}

1,5 mois

1,5 mois

Température Ambiante Ambiante Ambiante Ambiante 30 °C 30 °C 30 °C

Surface de

l’échantillon ^{Polie Polie Polie Moulée Polie Polie Polie}

Lieu de

réalisation ^{LMDC LMDC LMDC LMDC CERI CERI CERI}

Pour les tests de lixiviation réalisés à l’eau ultra pure et à l’eau minéralisée, notés EUP et EM dans le Tableau 18, des échantillons de pâte de ciment CEM III possédant une surface polie ont été lixiviés à l’eau ultra pure et à l’eau minéralisée. La solution de lixiviation a été renouvelée lorsqu’un volume de 30 mL d’acide nitrique a été ajouté au réacteur pendant le premier mois de chacun de ces essais. Pendant la suite de l’essai et jusqu’à sa fin, le renouvellement a été effectué tous les 20 mL d’acide nitrique ajoutés (pour augmenter l’agressivité de l’exposition).

Deux essais de lixiviation semi-dynamiques ont été réalisés de juin à décembre 2016. Dans le premier test appelé test de lixiviation EUP_6Mois, les échantillons de pâte cimentaire polis ont été lixiviés à l’eau ultra pure pendant 6 mois et en conservant un renouvellement tous les 30 mL d’acide nitrique ajouté de manière à garder la fréquence des renouvellements comme un paramètre fixe tout au long de l’essai. Le test de lixiviation EUP_6Mois a été réalisé d’une part, pour vérifier la reproductibilité du test de lixiviation semi-dynamique à l’eau pure (test de lixiviation semi-dynamique réalisé à l’eau ultra pure ayant duré 3 mois) et d’autre part, afin d’observer la lixiviation de l’aluminium à plus long terme.

86 Dans le second test, appelé EUP_moulé, des échantillons non polis ont été lixiviés à l’eau ultra pure en effectuant un renouvellement d’acide nitrique tous les 30 mL ajoutés. Contrairement aux échantillons précédemment utilisés, les échantillons de ce test n’ont été ni sciés ni polis, afin de préserver la peau des échantillons de minéralogie et de microstructure particulières. Afin de réaliser ces échantillons, des moules de dimension 2,9 cm x 2,9 cm x 1,5 cm ont été utilisés. Le test a duré 2 mois. Ce test a pour but d’observer l’influence du polissage de l’échantillon sur la lixiviation. En effet, l’étape de polissage, qui visait à homogénéiser les caractéristiques des différentes surfaces de l’échantillon prismatique, (i) élimine la peau de l’échantillon (aux caractéristiques chimiques et minéralogiques particulières : effet de paroi lié au coffrage, carbonatation, etc.) et (ii) met en contact les anhydres résiduels fraîchement sectionnés par le polissage avec l’eau de lixiviation. Il y a ainsi une source double de phénomènes divergents par rapport aux échantillons polis. Ces phénomènes se concentrent principalement en début du test de lixiviation (période initiale de lixiviation de la peau de l’échantillon).

Trois derniers essais de lixiviation semi-dynamiques menés sur échantillons monolithiques (notés EM_30°C, MgCl2, AlCl3 dans le Tableau 18) ont été réalisés. Dans cette campagne, les essais ont été menés à 30 °C. Un changement de température même faible est susceptible d’influencer la lixiviation de l’échantillon (accélération des cinétiques et modification des constantes de réaction et constantes d’équilibre des phases). Des tranches de pâtes cimentaires CEM III polies ont été lixiviées à l’eau minéralisée (test EM_30°C), par une solution de MgCl2 à 8,2 mg/L (test MgCl2) et par une solution d’AlCl3 à 250 µg/L (test AlCl3). Ces essais ont duré respectivement 3 mois, 1,5 mois et 1,5 mois. Le test EM_30°C, réalisé à l’eau minéralisée, a ainsi deux objectifs : d’une part évaluer l’influence de la température sur la lixiviation, ce test ayant déjà été réalisé à température ambiante, une comparaison pourra être effectuée. D’autre part, ce test permettra de vérifier la reproductibilité des phénomènes de lixiviation se produisant lors de la lixiviation à l’eau minéralisée.

Le test MgCl2 a pour but d’observer l’influence du magnésium sur la lixiviation de l’aluminium. En effet, lors des tests réalisés à l’eau minéralisée des interactions ont été observées entre le magnésium et le silicium présents dans l’eau minéralisée et la matrice cimentaire. De plus, le mécanisme de lixiviation obtenue pour l’aluminium est également différent de celui obtenu pour l’eau ultra pure. Ce test a donc pour but d’étudier si la présence de magnésium dans l’eau minéralisée entraîne un changement de mécanisme pour la lixiviation de l’aluminium par la formation de phases riches en magnésium et en aluminium.

Le test AlCl3 a pour but d’observer si l’ajout d’aluminium pendant la lixiviation favorise la précipitation de phases de type hydrotalcite et AFm, afin de diminuer la lixiviation de cet élément. En effet, en ajoutant de l’aluminium, les concentrations nécessaires à la précipitation d’hydrotalcite et des AFm

87 peuvent être atteintes et l’aluminium peut être piégé lors de la précipitation de ces phases alumineuses peu solubles. Ce test est complémentaire du test précédent et permettra ainsi d’étudier plus en détails les interactions magnésium/aluminium.

A chaque renouvellement, une partie du lixiviat obtenu est conservé pour être analysé. Comme pour les échantillons broyés, deux modes de préparation et de conservation ont été utilisés avant l’analyse chimique. Cependant, comme les échantillons sont monolithiques, le prélèvement est moins complexe que pour les échantillons broyés. Une fois le lixiviat récupéré, 50 mL en sont prélevés, filtrés à 0,45 µm puis acidifiés à 0,2 % avec de l’HNO3 concentré à 67 %. Un autre échantillon de 50 mL est prélevé, acidifié à 0,2 % puis filtré.