Lixiviation à l’eau minéralisée

1.2.1. Etude des solutions de lixiviation

La Figure 43 présente les résultats obtenus lors de la lixiviation de la pâte cimentaire CEM III broyée à l’eau minéralisée pendant un mois. Les courbes brutes et corrigées sont présentées pour le calcium, le magnésium et le silicium. Les courbes corrigées représentent les concentrations des éléments lixiviés issus de la matrice cimentaire, dans la mesure où les concentrations des éléments contenus dans l’eau minéralisée ont été déduites des concentrations brutes analysées. L’aluminium n’étant pas présent dans l’eau minéralisée, il n’y a pas de courbe corrigée pour cet élément.

La seconde courbe présente sur le graphique de l’aluminium provient de l’analyse des lixiviats lorsque ces derniers sont filtrés puis acidifiés et permet ainsi de déceler la présence de précipités dans le lixiviat. Ces courbes ont également été obtenues pour les autres éléments et sont identiques aux courbes brutes. Elles ne seront donc pas présentées, afin de ne pas alourdir la Figure 43. Les courbes des concentrations cumulées (exprimées en fonction du temps) sont disponibles en Annexe 4 (Figure 4.2) et la quantité d’acide nitrique ajoutée en fonction de la racine carrée du temps est disponible en Annexe 5 (Figure 5.2).

116

Figure 43 : Concentrations cumulées des différents éléments lixiviés obtenues lors de la lixiviation de la pâte cimentaire CEM III broyée à l’eau minéralisée pendant un mois à 30 °C en fonction de la racine

carrée du temps

Tableau 25 : Valeurs des pentes obtenues pour la lixiviation à l’eau minéralisée de la pâte cimentaire broyée CEM III

1ère pente mg/(L.√j) 1ère pente corrigée mg/(L.√j) 2ème pente mg/(L.√j) 2ème pente corrigée mg/(L.√j) Ca 414,27 391,87 53,23 24,49 Si 74,88 50,67 52,86 21,79 Mg 25,33 10,36 22,27 3,05 Al 1,38 / 4,14 /

Les comportements obtenus sont proches de ceux observés pour la lixiviation à l’eau ultra pure. Les pentes obtenues pour chaque courbe sont détaillées dans le Tableau 25. Deux pentes distinctes sont observées pour le calcium, le silicium et le magnésium : une pente forte durant les deux premiers renouvellements (391,87 mg/(L.√j) pour le calcium, 50,67 mg/(L.√j) pour le silicium, 10,36 mg/(L.√j) pour le magnésium), puis une pente beaucoup plus douce est présente jusqu’à la fin de l’essai (53,23 mg/(L.√j) pour le calcium, 52,86 mg/(L.√j) pour le silicium, 22,27 mg/(L.√j) pour le magnésium). Ces résultats sont observés pour les courbes corrigées et non corrigées.

117 Deux pentes distinctes sont également observées pour l’aluminium. Contrairement aux éléments précédents, la première pente obtenue est plus faible que la seconde pente, respectivement égales à 1,38 mg/(L.√j) et 4,14 mg/(L.√j). La première pente s’étend sur les quatre premiers renouvellements. Ainsi, l’aluminium semble avoir un comportement à la lixiviation différé. Le nombre de pentes observées est plus faible que celui obtenu pour l’eau ultra pure, où 3 pentes ont été observées. Comme pour la lixiviation à l’eau ultra pure, une différence est observée entre les concentrations obtenues pour l’aluminium en solution filtrée puis acidifiée et pour l’aluminium en solution acidifiée puis filtrée. La même hypothèse basée sur la précipitation de cristaux d’Al(OH)3 dans la solution lixiviée peut être faite.

1.2.2. Etude du matériau lixivié

La Figure 44 montre une observation MEB en mode électrons rétrodiffusés de la pâte cimentaire broyée après un mois de lixiviation à l’eau minéralisée à 30 °C. Comme pour la lixiviation a l’eau ultra pure, la pâte cimentaire broyée est fortement lixiviée. Les grains de clinker, présents dans la pâte de CEM III avant la lixiviation, semblent avoir été lixiviés en totalité, les grains de laitier sont toujours présents et semblent peu dégradés.

Figure 44 : Image MEB en mode électrons rétrodiffusés de la pâte cimentaire CEM III broyée après un mois de lixiviation à l’eau minéralisée à 30 °C

Le Tableau 26 présente les compositions chimiques obtenues par pointés EDS (environs 30 pointés réalisés dans la pâte cimentaire et 15 pointés dans le laitier dégradé). La pâte cimentaire est fortement lixiviée en calcium et en soufre. Le laitier semble très peu lixivié, comme pour la lixiviation à l’eau ultra pure. La différence entre la composition du laitier dégradé et la composition du laitier de référence

118 peut être due à la variabilité liée aux pointés réalisés ou/et à la lixiviation des grains de laitier contenus dans la pâte cimentaire.

Tableau 26 : Compositions chimiques de la pâte cimentaire CEM III broyée lixiviée à l’eau minéralisée pendant un mois. Les compositions sont obtenues par pointés EDS.

CaO SiO2 Al2O3 SO3 MgO

Composition de la pâte hydratée

broyée lixiviée (%masse) ^{8,42 ± 3,25 64,72 ± 3,61 19,25 ± 1,02 0,35 ± 0,22 4,76 ± 1,23}

Composition de la pâte saine

(%masse) ^{55,44 ± 2,82 28,91 ± 4,05 4,83 ± 1,53 6,37 ± 2,50 1,29 ± 0,76}

Composition du laitier dégradé

(%masse) ^{39,06 ± 1,05 38,21 ± 1,30 12,40 ±1,00 1,85 ± 0,27 7,23 ± 0,37}

Composition du laitier de

référence (%masse) ^{43,63 ± 0,76 35,00 ± 0,79 11,58 ± 0,77 2,21 ± 0,68 6,43 ± 0,55}

L’analyse chimique réalisée à l’aide des cartographies est présentée en Figure 45 et complète l’analyse réalisée par pointés EDS. Elle montre une pâte cimentaire possédant une très faible concentration en calcium. Les autres éléments sont également lixiviés. Néanmoins, comme l’ensemble de la pâte cimentaire est dégradée, aucune comparaison ne peut être visuellement faite avec une pâte saine.

Figure 45 : Cartographies EDS des éléments Ca, S, Si, Al et Mg obtenues pour la lixiviation de la pâte cimentaire CEM III broyée à l’eau minéralisée pendant un mois à 30 °C

119 Les analyses minéralogiques et thermogravimétriques réalisées sur le matériau lixivié sont présentées en Figure 46 et en Figure 47. Comme pour la pâte cimentaire lixiviée à l’eau ultra pure, l’analyse minéralogique montre la présence de C4AF. Du C3A peut également être identifié. Toutefois, la présence de cette phase est fortement remise en cause dans la mesure où cet anhydre est normalement très réactif avec l’eau et ne devrait pas être présent dans une pâte cimentaire lixiviée. Comme pour l’eau ultra pure, l’analyse thermogravimétrique montre la présence d’hydrates cimentaires, des C-(A)-S-H et de l’hydrotalcite, non identifiés en DRX. Une perte de masse est observée entre 800 et 900 °C qui est attribuée au carbonate de calcium.

Un pic en DRX et une perte de masse en ATG ne sont pas identifiés comme phases cimentaires. Cependant, ils ont pu être attribué, comme lors de la lixiviation à l’eau ultra pure, à la pollution de l’échantillon par le téflon du barreau aimanté obtenu lors de la dégradation de ce dernier [110]–[113]. La perte de masse de l’échantillon est d’environ 8 % dont 0,8 % pour le téflon et 0,5 % pour le carbonate de calcium. La perte de masse attribuée aux hydrates cimentaires est donc très faible, si bien qu’une grande part de l’échantillon analysé est composée de laitier.

Figure 46 : Analyse minéralogique de la pâte cimentaire CEM III broyée lixiviée à l’eau minéralisée pendant 1 mois à 30 °C

120

Figure 47 : Analyse thermogravimétrique de la pâte cimentaire CEM III broyée lixiviée à l’eau minéralisée pendant 1 mois à 30 °C

2. Influence du laitier dans le relargage de l’aluminium lors de la