Simulation de la lixiviation du laitier broyé avec Sumo

Pour ces simulations, la prise en compte du laitier avec Sumo est différente de celle mise en œuvre pour PhreeqC. En effet, avec ce dernier, l’ajout du laitier se faisait en le considérant comme dissous dans la solution de lixiviation et le pourcentage massique de laitier impliqué à chaque renouvellement a été ajusté sur les concentrations de calcium lixiviées obtenues lors de la lixiviation du laitier broyé à l’eau ultra pure.

174 Avec Sumo, une phase « Laitier » a été créée dans la base de données. Elle n’est pas définie par une constante thermodynamique mais à l’aide de sa composition élémentaire en pourcentage massique et par des données cinétiques (ordre de la réaction et constante de dissolution) qui seront à déterminer à l’aide des données expérimentales, notamment en se basant sur la lixiviation du calcium. Cette étape permet de définir les données cinétiques associées au laitier nécessaire afin de pouvoir, par la suite, simuler la lixiviation de la pâte cimentaire. Elle va également permettre d’affiner la constante cinétique de précipitation et de dissolution de l’Al(OH)3, qui d’après les résultats expérimentaux et la modélisation faite avec PhreeqC, précipite au cours de l’essai dans le lixiviat. Cette simulation se base sur l’essai expérimental de lixiviation du laitier anhydre lixivié à l’eau ultra pure (chapitre III).

L’évolution de la quantité des phases au cours de l’essai de lixiviation est présentée en Figure 77. Une lixiviation quasi linéaire du laitier est observée au cours des 30 jours de l’essai. Elle s’accompagne d’une précipitation d’Al(OH)3.

Figure 77 : Evolution de la quantité des phases au cours de la lixiviation du laitier à l’eau ultra pure pendant un mois à 30 °C

Les constantes cinétiques du laitier ainsi choisies ont permis de simuler la lixiviation du laitier à l’eau ultra pure pendant 1 mois. Les résultats obtenus sont présentés en Figure 78. Elle compare les concentrations cumulées lixiviées obtenues à l’aide de Sumo (notées calc) aux concentrations cumulées lixiviées obtenues expérimentalement (notées exp). Ces concentrations sont obtenues suite à l’analyse des lixiviats acidifiés puis filtrés. Pour l’aluminium, la courbe cumulée expérimentale obtenue suite à la filtration puis à l’acidification des lixiviats est présentée (notées exp filtré). Elle permet de prendre en compte la précipitation d’Al(OH)3 se produisant dans le lixiviat au cours de l’essai.

175 Les paramètres cinétiques du laitier ont été affinés en se basant sur les résultats expérimentaux du calcium permettant, de fait, d’obtenir une bonne corrélation entre la courbe expérimentale et la courbe modélisée. Les résultats obtenus pour le magnésium lixivié modélisé sont proches de la courbe expérimentale, en termes d’allure des deux courbes, et de valeurs de concentrations lixiviées finales (1,9 mmol/L pour Mg exp et 2,1 mmol/L pour Mg calc). Les résultats diffèrent cependant pour le silicium et l’aluminium modélisés. En effet, les concentrations simulées obtenues pour le silicium sont plus importantes que les concentrations expérimentales. De même, l’allure des courbes de l’aluminium calc et exp filtré diffère dès le début de l’essai. Une hausse de la concentration est observée au cours du 1er jour de la lixiviation pour l’aluminium calculé. Cet élément est, pendant la suite de l’essai, lixivié de manière plus lente et linéaire. Expérimentallement, l’aluminium est peu lixivié au début de l’essai puis une lixivitaion plus importante a lieu à partir du 15ème jour.

Figure 78 : Courbes de concentrations cumulées simulées pour le laitier lixivié à l’eau ultra pure en fonction du temps (noté calc) et comparées aux concentrations cumulées expérimentales obtenues

par acidification puis filtration (notées exp) et pour l’aluminium par filtration puis acidification des lixiviats (notées Al exp filtré)

Ces résultats sont proches de ceux obtenus lors de la modélisation du laitier avec PhreeqC. L’ajustement de la constante cinétique d’Al(OH)3 a permis de mieux faire correspondre les concentrations finales de l’aluminium lixivié avec Sumo qu’avec PhreeqC (Figure 63 et Figure 73). Dans ces essais, le pH est maintenu à 7 mais le même comportement pour le silicium calculé est observé ici :

176 les concentrations obtenues pour le silicium calculé sont plus élevées que celles du silicium expérimental. Avec PhreeqC, la différence entre le pH modélisé et le pH experimental était avancé pour expliquer que cet écart. Avec Sumo, cette différence est due à la prise en compte du laitier et conforte une des hypothèses faite précedemment lors de la lixiviation du laitier modélisée avec PhreeqC : la dissolution du laitier anhydre est probablement incongruente. Cette différence observée pourrait également provenir des éléments pris en compte pour introduire le laitier dans la base de données de Sumo, seuls les éléments principaux ont été considérés (Ca, Si, Mg, Al et S). La simulation de la lixiviation du laitier pourrait être ajustée et affinée en introduisant une constante de dissociation pour chacun des élément du laitier.

L’ajustement de la constante cinétique du laitier par rapport au calcium entraine une surestimation de la lixiviation du laitier. En effet, lors de cette simulation, 1,36 g de laitier a été dissous et 94 mL d’HNO3 ont été ajoutés pour maintenir le pH à 7. Expérimentalement, environ 1 g de laitier a été dissous (en prenant en compte la perte de masse due à la filtration) et 64 mL d’HNO3 ont été ajoutés.

Comme lors de la modélisation des essais avec PhreeqC, la modélisation du laitier permet de valider la démarche mise en place avant de simuler la lixiviation de la pâte de CEM III. Le laitier présent dans la pâte cimentaire sera simulé, dans la suite, de la même manière que pour la lixiviation de laitier anhydre et ne permettra pas de simuler la couche présente autour du grain.