Développement d'un procédé de traitement des sols d'une butte d'arrêt de tir à l'arme légère contaminés à l'antimoine, au cuivre, au plomb et au zinc.

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de 
\nce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce 
\nrésumé peut être lue en PDF. <br /><br /> L'armée canadienne possède de nombreux champs de tir de petit calibre situés dans
\ndifférentes bases militaires dispersées à travers le Canada. Les projectiles utilisés lors des
\nentraînements à ces différents sites de tir sont principalement composés dans leur partie
\ninterne de Pb (>90%) et d'un alliage de Pb-Sb (<5%). Le revêtement extérieur des balles est
\npour sa part composé d'alliage de Cu-Zn (<5%). Conséquemment, une problématique de
\ncontamination en Cu, Pb, Sb et Zn est associée à ce type d'installation. la contamination en
\nmétaux est principalement concentrée au sein des buttes d'arrêt constituant la zone d'impact
\ndes projectiles lors des exercices de tir. la règlementation environnementale a encouragé le
\ndéveloppement de nouvelles technologies de traitement pour la décontamination des sols: le
\ndéveloppement de nouvelles techniques a été principalement concentré sur des sols
\ncontaminés avec les polluants organiques. Peu de technologies innovatrices ont été
\ndéveloppées et appliquées à l'échelle commerciale pour la remédiation des sols chargés de
\nmétaux. les métaux peuvent être enlevés par des méthodes physiques (dimension particulaire,
\nséparation par gravité, flottation) ou des méthodes chimiques impliquant l'application de
\nsolutions de lixiviation appropriées au sol contaminé. L'objectif de cette recherche est de
\ndévelopper un procédé de décontamination de la fraction fine (<250 µm) des sols contaminés
\nau Cu, Pb, Sb et Zn qui soit simple et peu coûteux.
\nla caractérisation des sols pollués d'une butte d'arrêt de tir à l'arme légère a permis de
\ndéterminer les teneurs (mg/kg) des différents éléments constituants les sols de 0-20 cm et de
\ndéterminer les pourcentages de carbone organique et inorganique ainsi que la surface
\nspécifique et la granulométrie des sols. Cette caractérisation a aussi permis de déterminer
\ncertaines caractéristiques des sols tels que la capacité d'échange cationique (CEC), le pH, la
\nteneur en matière organique et les proportions d'argile, de silt et de sable. les résultats de
\ncette caractérisation incluent aussi les teneurs en métaux dans les différentes fractions
\ngranulométriques, la répartition massique des différentes fractions granulométriques et les
\nteneurs en métaux en fonction de la profondeur.
\nles résultats des tests TClP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) et SPLP
\n(Synthetic Precipitation Leaching Procedure) ont montré que les concentrations obtenues suite
\nau test TCLP sont plus élevées que dans le cas du SPLP avec des valeurs de 10,8 mg Cu/L,
\n637 mg Pb/L, 4,56 mg Sb/L et 3,51 mg Zn/L. Une valeur limite de 5 mg/L (USEPA) sert de
\nréférence pour le Pb. Pour le SPLP, les concentrations en Cu, Pb, Sb et Zn varient de 1,53 à
\n4,27 mg/L. D'après les résultats de ces tests, les risques de lixiviation sont très élevés en ce qui
\nconcerne le Pb particulièrement. Pour le Sb le risque semble plus faible mais n'est pas pour
\nautant négligeable. Les résultats aux tests TSSG (Test de Simulation des Sucs Gastriques), pour
\nleur part, démontrent que d'importantes quantités de Pb et de Cu peuvent être transférées
\ndans l'organisme humain via l'estomac si des particules fines du sol des buttes d'arrêt étaient
\nabsorbées par le personnel de la base militaire. Il faut donc que des précautions soient prises à
\ncet effet lors de la manipulation de ces sols, tel que l'utilisation de masques adéquats.
\nAfin de sélectionner un réactif de lixiviation pour l'extraction du Sb et des autres métaux
\nde la fraction fine des sols de buttes de tir, des essais de lixiviation ont été réalisés à l'aide de
\n20 g de sols (fraction <125 µm), 1M de différentes solutions (CH3COOH, HCI, H2S04 + NaCl,
\nH2S04, H2S04 + H202 et EDTA) et d'eau dans un volume total de 200 mL. Les résultats obtenus
\nont montré que parmi les conditions les plus efficaces, la combinaison H2S04 + NaCI semble se
\ndémarquer légèrement. Il a donc été décidé que le H2S04 + NaCI était la combinaison
\nd'extractants à utiliser pour l'ensemble des essais.
\nPlusieurs essais ont été réalisés pour optimiser la concentration des réactifs, la densité
\nde pulpe, le temps, la température et le nombre d'étapes d'extraction et de rinçage. Il en
\nressort que des concentrations de 1M H2S04 et 4M NaCI sont les conditions optimales pour la
\nlixiviation des métaux. Pour sa part, la densité de pulpe (DP) optimale est de 10%. Un temps de
\nréaction d'une heure est suffisant pour la solubilisation de la plupart des métaux. Une
\ntempérature élevée (T = 80°C) a favorisé la solubilisation mais les coûts associés à cette option'
\nsont trop élevés pour l'envisager. Cinq étapes de lixiviation suivies de deux étapes de rinçage
\npermettent de solubiliser une plus grande quantité de métaux qu'une seule étape de lixiviation.
\nAfin de mettre au point une filière de récupération du Sb et des autres métaux
\nsolubilisés par voie chimique (précipitation/co-précipitation), des essais furent réalisés à l'aide
\nde NaOH et Ca(OH)2. les résultats ont montré que les quatre métaux à l'étude sont éliminés par
\nprécipitation, soit à 95,3% pour Cu, 99,3% pour Pb, 99% pour Sb et 99,1% pour Zn, à pH 8, à
\nl'aide de NaOH (200 g/L). Avec le Ca(OH)2, les taux d'enlèvement sont encore plus élevés mais
\nla trop grande quantité de boues produites rend les coûts de disposition trop élevés pour
\nenvisager cette option. Les résultats concernant la précipitation du Sb ont aussi montré que
\ncelui-ci co-précipiterait avec le Fe, le Pb ou les deux, contenus dans les lixiviats.
\nDeux procédés de lixiviation sans et avec traitement des lixiviats ont ensuite été réalisés
\ndans le but d'économiser l'eau et les réactifs utilisés. Dans un premier temps, un procédé de
\nlixiviation à contre-courant sans traitement des Iixiviats fut réalisé, en dix cycles (1M H2S04 et
\n4M NaCl, DP=1O%, T=20°C, volume final=200 mL, cinq lixiviations (1 h) et deux rinçages (1 h)).
\nDans un deuxième temps, un procédé de lixiviation à contre-courant avec traitement des
\nlixiviats par précipitation avec NaOH à pH 2, fut réalisé, en sept cycles (10 lots de sol) (1M H2S04
\net 4M NaCl, DP=10%, T=20°C, volume final=2 L, trois lixiviations (1 h) et un rinçage (1 h)). Les
\nrésultats du procédé de lixiviation à contre-courant sans traitement des lixiviats ont montré des
\nmoyennes d'enlèvement de 98,3% pour Cu, 99,5% pour Pb, 75,5% pour Sb et 29,1% pour Zn.
\nles performances du procédé en termes d'enlèvement des métaux n'ont pas diminué au cours
\ndes dix cycles du procédé. Ce procédé réduit la consommation d'acide et de sels
\nd'approximativement 68% ainsi que la consommation d'eau de 60%, en comparaison à un
\nprocédé standard sans recyclage des lixiviats. Les résultats du procédé de lixiviation à contrecourant
\navec traitement des lixiviats ont montré des moyennes d'enlèvement de 93,2% pour
\nCu, 91,5% pour Pb, 82,2% pour Sb et 30% pour Zn. Ce procédé réduit la consommation d'acide
\net de sels d'approximativement 69% ainsi que la consommation d'eau de 78%, en comparaison
\nà un procédé standard sans recyclage des lixiviats.
\nSuite à l'étude du procédé à contre-courant sans et avec traitement des lixiviats, il a été
\npossible de préparer un bilan massique complet des filières technologiques les plus
\nprometteuses et réaliser une étude technico-économique de ces filières. Le procédé retenu
\npour la réalisation de l'étude économique comporte trois étapes de lixiviation (O,25M H2S04 +
\n4M NaCl, DP = 10%, t = 1 h, T = 20°C) et deux étapes de rinçage (DP = 10%, t = 5 min, T = 20°C),
\nen 10 cycles, avec traitement des lixiviats par précipitation avec NaOH (200 g/L), à pH 2.
\nLes résultats de l'analyse économique ont montré que le bilan d'exploitation de ce
\nprocédé incluant trois étapes de lixiviation, deux étapes de rinçage et la récupération des
\nlixiviats par précipitation, à pH 2 avec NaOH, a permis d'établir les coûts globaux du procédé qui
\nsont de l'ordre de 200 $/t.
\nPour évaluer le niveau de contamination de l'eau de la zone non-saturée et de la nappe
\nphréatique ainsi que l'effet d'une réhabilitation des sols contaminés de la butte d'arrêt avec du
\nsol propre, la qualité de l'eau de la zone non-saturée (à l'aide de Iysimètres installés à
\ndifférentes profondeurs) et la qualité de l'eau des puits fut suivie entre les mois de juillet 2008
\net janvier 2012. Les résultats montrent que dans tous les cas, les concentrations en Cu et en Zn
\nsont systématiquement inférieures aux critères pour l'eau potable (1000 µg Cu/L et 5000 µg
\nZn/L) depuis le début du suivi de la qualité de l'eau et ce, à toutes les profondeurs. Les résultats
\nont aussi montré que le Sb se retrouvait très fréquemment en concentrations très importantes
\nen surface des sols (900 µg Sb/L), concentrations supérieures à la limite acceptable pour la
\nqualité de l'eau potable de 6 µg Sb/L. À une profondeur de 1,5 m, on ne retrouve qu'une
\nconcentration en Sb près de la limite de détection. La majorité des concentrations en Pb depuis
\nle reprofilage de la butte sont inférieures à la limite de détection de l'appareil bien que pour
\ncertains échantillons les concentrations en Pb dépassent la limite acceptable de 10 µg/L et ce,
\nmême en profondeur. Les concentrations en Pb

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