Caractérisation à différentes échelles des laitiers sidérurgiques et traçage des processus d'altération par une approche multi-méthodes (chimie, minéralogie, magnétisme)

Characterisation at different scales of steel-making slag and tracing of alteration processes using a multi-method approach (chemistry, mineralogy, magnetism)

• Auteur / Autrice : Maud Herbelin
• Direction : Jérôme Bascou, Damien Guillaume
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 05/02/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Montel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mélina Macouin, Julien Waligora, Véronique Lavastre, Blandine Clozel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Montel, Thierry Winiarski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lixiviation

Chrome

Effets des métaux lourds

Matériaux -- Détérioration

Stockage

Mots clés libres

Laitiers de four à arc électrique

Stockage

Altération

Éléments traces métalliques

Chrome

Lixiviation

Electric arc furnace slag

Storage

Alteration

Metallic trace elements

Chromium

Leaching

Résumé

Plus de 400 millions de tonnes de laitiers sidérurgiques sont produits chaque année dans le monde. Si une majorité est aujourd’hui recyclée, principalement sous forme de granulats, des quantités importantes sont encore mises en décharges tous les ans (de 1 à 4 millions de tonnes en Europe). La présence d’éléments traces métalliques potentiellement toxiques (Cr, V, Mo) est l’un des principaux obstacles à la valorisation de ces laitiers. Il est nécessaire de connaitre le comportement sur le long terme de ces matériaux, afin de prédire le lessivage des métaux qu’ils contiennent et leur dispersion dans l’environnement. Dans cette thèse on s’intéresse à un site sidérurgique appartenant au groupe Industeel - ArcelorMittal et situé à Châteauneuf dans la Loire. Plusieurs milliers de tonnes de laitiers de four à arc électrique y ont été accumulés pendant plusieurs décennies, exposés à l’altération météorique. L’objectif est de caractériser le plus finement possible, à l’échelle de l’échantillon mais aussi du crassier, les variations minéralogiques et de comprendre davantage les processus de transformations qui se produisent au cours de l’altération de ces matériaux. Différentes techniques analytiques sont utilisées à la fois en laboratoire et sur le terrain. Le couplage d’analyses chimiques, minéralogiques et magnétiques a permis une caractérisation détaillée de ces laitiers déjà partiellement altérés. Puis l’installation de lysimètres et des tests de lixiviation ont aidé à évaluer la mobilité des métaux présents et à comprendre les transformations minéralogiques qui s’opèrent au cours de l’altération.

More than 400 million tonnes of steel slag are produced every year worldwide. Although most of it is now recycled, mainly in the form of aggregates, large quantities are still landfilled every year (from 1 to 4 million tonnes in Europe). The presence of potentially toxic metallic trace elements (Cr, V, Mo) is one of the main obstacles to the recovery of this slag. It is necessary to know the long-term behaviour of these materials in order to predict the leaching of the metals they contain and their dispersion in the environment. In this thesis we focus on a steel-making site belonging to the Industeel - ArcelorMittal group and located in Châteauneuf (Loire, France). Several thousand tonnes of electric arc furnace slag were accumulated there over several decades, exposed to meteoric weathering. The objective is to characterise as finely as possible, at the scale of the sample but also of the slag heap, the mineralogical variations and to better understand the transformation processes that occur during the weathering of these materials. Different analytical techniques are used both in the laboratory and in the field. The coupling of chemical, mineralogical and magnetic analyses allowed a detailed characterisation of this slag which have already been partially altered. Then the installation of lysimeters and leaching tests helped to assess the mobility of the metals present and to understand the mineralogical transformations that take place during alteration.