Le premier objectif des études présentées dans cette thèse est de caractériser un gisement argileux kaolinique de la région du sud-ouest Algérien qui n’a jamais été exploité auparavent, d’améliorer les propriétés de surface de cette argile suite à des modifications réalisées par revêtement avec un aminosilane (APTES) ou par échange cationique avec un agent tensioactif (CTAB), ce qui nous a permis de développer les sites actifs à la surface de ce matériau. Les matériaux préparés ont été caractérisés par DRX, ATG, IRTF, MET et MEB. Deux autres matériaux d’origine végétale d’une grande abondance au sud-ouest Algérien qui sont les racines de la plante Calotropis Procera et les noyaux de dattes de Feggous sont aussi caractérisés. Le second objectif de cette étude est l’application de ces matériaux dans l'élimination de différents types de polluants en solutions aqueuses : métaux lourds (Zn(II) et Mn(II)) et Colorants synthétiques anionique et cationique (Rouge Congo et Violet de gentiane) pour une mise en évidence de l’efficacité des matériaux argileux et végétaux vis-à-vis de l'adsorption de ces polluants. L’étude de l’adsorption consiste à discuter les effets du temps de contact, pH et la concentration initiale du soluté en utilisant une technique d'adsorption en batch. L’effet de la température a permis de réaliser une étude thermodynamique pour définir la nature des phénomènes d’adsorption. En outre, différents modèles de cinétique (premier et second ordres) et d’isothermes d’adsorption (Langmuir et Freundlich) sont utilisés pour l’évaluation de la capacité des supports kaoliniques naturel et modifiés (K08, KC et KS) et des supports végétaux (CP et ND) à adsorber ces polluants organiques et inorganiques. Le kaolin naturel (K08) a montré une bonne affinité vis-à-vis tous les polluants avec des capacités d’adsorption remarquables ; cette capacité a considérablement évolué par la modification. Le kaolin modifié (KS) s’avère le meilleur adsorbant pour ces types de polluants (métaux lourds et colorants synthétiques). Les racines de CP présentent une très bonne affinité pour les métaux lourds, alors que les noyaux de dattes donnent des résultats plus remarquables pour la biosorption des colorants / The first aim of the studies presented in this thesis is to characterize a kaolin clay deposit in south-western Algerian region which has never been exploited, to improve the surface properties of the clay due to changes made by coating with an amino silane (APTES) or cationic exchange with a surfactant (CTAB), which allowed us to develop the active sites on the surface of this material. The prepared materials were characterized by XRD, TGA, FTIR and SEM. Two other vegetable materials of great abundance in the southwest Algerian who are the roots of the plant Calotropis Procera and Feggous date stones are also characterized. The second aim of this study is the application of these materials in removing different kinds of pollutants in aqueous solutions: heavy metals (Zn (II) and Mn (II)) and anionic and cationic synthetic dyes (Congo red and Purple gentian) to the effectiveness demonstration of the clay and vegetable materials to adsorb these pollutants. The study of adsorption is to discuss the effects of contact time, pH and initial concentration of the solute using a batch adsorption technique. The effect of temperature has achieved a thermodynamic study to define the nature of adsorption phenomena. In addition, different kinetic models (first and second order) and adsorption isotherms (Langmuir and Freundlich) are used to assess the ability of clay materials (K08, KC and KS) and vegetable materials (CP and ND) to adsorb such organic and inorganic pollutants. The natural clay (K08) showed good affinity towards all pollutants with remarkable adsorption capacity, this capacity has evolved considerably by modifications. The modified kaolin (KS) proves the best adsorbent for these types of pollutants (heavy metals and synthetic dyes). The roots of CP have a very good affinity for heavy metals, while the date stones give more remarkable results for biosorption dyes

M.Tech. (Extraction Metallurgy) / Please refer to full text to view abstract

The thesis deals with the issue of increasing the whiteness index of kaolin raw material. The research was focused on floating the kaolin suspension and the subsequent processes related to increasing the whiteness index. Increasing the whiteness of the kaolin raw material took place on the basis of acid leaching. The eluents were based on sulfuric acid, phosphoric acid, oxalic acid and sodium bisulfite. The leaching process was influenced by the temperature and concentration of the leaching agent. Floated and leached kaolin samples were characterized by several methods. The XRD method investigated the mineralogical composition and the kaolinite structure order. The distribution of chromogenic components was monitored by SEM-EDS. Residues of organic matter was determined by COD test and the concentration of chromogenic components in the extract was monitored by the ICP-OES method. Last but not least, the index of whiteness was measured, the increase of which is the aim of the diploma thesis, using a UV-VIS spectrometer with reflective extension.

In Abhängigkeit von der Suspensionszusammensetzung und der jeweiligen Scherrate können konzentrierte Kaolinsuspensionen ungewöhnliche rheologische Phänomene wie Oszillationen der scheinbaren Viskosität oder eine negative 1.~Normalspannungsdifferenz zeigen. In dieser Arbeit wurde die Abhängigkeit der 1.~Normalspannungsdifferenz, des Speicher- und des Verlustmoduls im linear-viskoelastischen Bereich sowie der Fließgrenze von der Oberflächenbeladung des Kaolins, von der Kaolinfeststoffkonzentration, vom pH-Wert und von der Ionenstärke untersucht. Weiterhin wurde eine Methode entwickelt, die die Fixierung der scherinduzierten Mikrostruktur der Suspensionen und deren anschließende Charakterisierung mittels Röntgenbeugung gestattet. Außerdem wurde ein rheologisches Modell abgeleitet, das den Zusammenhang zwischen den Aussagen zur scherinduzierten Mikrostruktur und dem Auftreten negativer 1.~Normalspannungsdifferenzen herstellt.

Six Kaolins were chosen at random. These Kaolins were electodialyzed in a Mattson type dialysis cell. Titration curves were run on these both before and after being dialyzed to determine base exchange capacity and optimum pH. Debye-Scherrer x-ray powder diffraction patterns were made on each Kaolin both untreated and electrodialyzed in order to determine if electrodialysis had any effect on the crystal structure of the Kaolin. Quantitative spectrographic analyses were made to determine what elements and how much of each element was removed by dialysis. The same process was run and tests were made on Tennessee Ball Clay and Bentonite as a basis of comparison. It was confirmed that the Bentonite was decomposed by electrodialysis. / Master of Science

Les exploitations d’argiles kaoliniques réfractaire d’Água Limpa/Brésil et de kaolins de couchage de Rio Capim/Brésil laissent des résidus d’exploitation en très grands tonnages. Dans la perspective d’une valorisation plus complète assurant un développement durable de l’industrie extractive, on a envisagé d’utiliser ces argiles résiduelles dans la fabrication de zéolites. On a obtenue dès une durée de synthèse de 24h, une zéolite 4A très proche de sa définition théorique. Le rendement de synthèse est meilleur avec les produits de Rio Capim. Le volume nanoporeux de la zéolite 4A est inaccessible à l’azote mais accessible à la molécule d’eau. Les zéolites synthétisées ont été testées comme adsorbants cationiques pour le cuivre, le plomb, le cadmium, le zinc, le magnésium, potassium et mercure. La rétention a voisine 60% du remplissage théorique pour toutes les espèces testées, sauf pour le cuivre où elle dépasse la capacité théorique et pour le mercure où elle est très faible. / Working Kaolinic refractory clays from Água Limpa (Minas Gerais) and paper coating kaolins from Rio Capim (Pará) - Brazil throw over very large amounts of mining residues. With the outlook of a more complete beneficiation, aiming at a sustainable development of mineral industry, the use of these residual clays has been considered for manufacturing zeolites. For a synthesis time of only 24h, a zeolite 4A very close to its theoretical definition is obtained.The nano-porous volume of the zeolite 4A is inaccessible to nitrogen molecules, but accessible to water molecules. Synthesised zeolites have been tested as cationic adsorbents of Cu, Pb, Cd, Zn, Mg, K and Hg. The retention is better for materials derived from Rio Capim Kaolins. The retention is close to 60% of the theoretical completion of the exchange capacity in all cases, except for copper for which the retention exceeds the capacity, and mercury for which the retention is very low.

<p>Predmet ovog istraživanja je razvoj nove generacije<br />mineralnih dodataka, dobijenih termičkom i<br />mehanohemijskom aktivacijom kaolinske gline i ispitivanje<br />svojstava kompozita, u kojima je deo portland cementa<br />zamenjen dobijenim pucolanskim materijalima,<br />metakaolinom i amorfnim kaolinom, za različite režime<br />nege. Rezultati su pokazali da su termička i mehanohemijska<br />aktivacija kaolinske gline jednako pogodne metode za<br />dobijanje pucolanskih materijala. Pozitivni efekti na<br />čvrstoće pri pritisku postižu se primenom do 30 %<br />metakaolina u kompozitima pri normalnom režimu nege, a uz<br />dodatno mlevenje, sadržaj metakaolina se može povećati do<br />40 %, uz dodatak CH. Amorfni kaolin se može primeniti u<br />kompozitima, sa stepenom zamene portland cementa do 10 %,<br />pri normalnom i autoklaviranom režimu nege.</p> / <p>The subject of this research is development of a new generation<br />of mineral admixtures, obtained by thermal and<br />mechanochemical activation of kaolin clay, and testing of the<br />properties of the cement based composites, where a part of the<br />portland cement is replaced by pozzolanic materials, metakaolin<br />and amorphous kaolin, for different curing conditions. The<br />results showed that thermal and mechanochemical activation of<br />kaolin clay were equally suitable for obtaining pozzolanic<br />materials. Positive effects on the compressive strength could be<br />achieved by using up to 30 % of MK, and with additional grinding<br />after thermal activation, content of MK could be increased up to<br />40 %, with the addition of CH, under the normal curing<br />conditions. Amorphous kaolin could be used in composites with<br />a cement replacement level of 10 %, under the normal and<br />autoclave curing conditions.</p>

Les granites à métaux rares ont une faible valeur économique mais sont souvent exploités pour leurs minéraux industriels. L’objectif de ce travail est d’évaluer la potentialité de certains résidus issus de la production de kaolin de St Austell (Angleterre) pour la récupération de métaux critiques (CRMs) comme les Terre Rares légères (LREE), le niobium (Nb), le tungstène (W) et l’étain (Sn) via le développement d’un procédé de récupération des CRMs. L’étude des résidus miniers montre que les CRM sont concentrés dans le résidu micacé avec des teneurs en LREE allant jusqu’à 170 ppm avec 40 à 60% des CRMs distribués dans ce résidu. Un procédé de traitement de ce résidu a été développé incluant des étapes de concentration par gravité et flottation. Les teneurs en LREE permettent la récupération d’environ 60% des LREE avec des teneurs de 1,6 % et 0,5% LREE respectivement dans le concentré de gravité et flottation / Rare metals granites have always been considered of poor economic value due to their low metal grades but, when altered, they are often exploited for their industrial minerals. This work address the recovery of critical metals (CRMs) including Light Rare Earth Elements (LREE) and rare metals (Sn, Nb, W) from St Austell (UK) kaolin residues though the development of a beneficiation process. Results shows that CRMs are pre-concentrated in the micaceous residue stream with LREE grades of 170 ppm, which account from 40% to 60% of the mass of CRM entering the plant. Analysis of this residue streams shows a high variability of CRM grades and suggest a cut-off grades for some of them. A combined gravity/flotation process have been developed for this residue which allow to recover up to 60% LREE with LREE grade of 1.6 to 0.5% for the gravity and flotation concentrate respectively

L’introduction des nano-charges dans le milieu des polymères donna naissance aux nanocomposites et révolutionna l’univers des matériaux. Les nanocomposites sont à l’instar des composites traditionnels, un mélange de polymère et d’une charge avec au moins une dimension nanoscopique. Dans le cadre de notre projet, nous avons travaillé avec des nanocomposites à base des polymères biodégradables : polyacidelactique et polycaprolactone, combinés avec différentes nano-argiles «kaolin et bentonite» et avec différentes nano-organo-argiles. Ces nanocomposites ont été préparés par différentes méthodes (intercalation en solution, polymérisation in situ et la méthode de la voie fondue). L’avantage de ces polymères est dans leur dégradabilité ainsi que leur biocompatibilité. Une étude des relations entre l’élaboration, la microsctructure et les propriétés physico-chimiques des nanocomposites, des argiles modifiées par 3-aminopropyltriéthoxysilane (APTES) et Bromure d’Hexadecyltriméthy ammonium (CTAB) et des argiles non traitées ont été réalisés. La polymérisation in situ et le mélange à l’état fondu sont les méthodes les plus appropriées pour obtenir une meilleure dispersion nommée exfoliation. L’étude de la capacité d’adsorption du Co (II), Cd (II), Cu (II) et Ni (II) par ces deux adsorbants bruts (kaolin et bentonite) croit considérablement avec l’augmentation du pH. Cette capacité est 2 fois et demie plus importante dans le cas de la bentonite que dans celui du kaolin. L’étude comparative des cinétiques d’adsorption, nous a révélé une cinétique rapide de l’ordre de 6 min dans le cas du cobalt, 10 min dans le cas du nickel, 15 min dans le cas du cadmium et une cinétique moyenne de l’ordre de 120 minutes pour Cu (II) aussi bien pour la bentonite que pour le kaolin. L’étude de l’adsorption du Co (II), Cd (II), Cu(II) et Ni (II) par ces matériaux (argiles brutes, argiles organiquement modifiées et nanocomposites préparés par différentes méthodes) montre que la capacité d’adsorption de ces métaux lourds est importante dans le cas de l’argile modifiée par APTES / The introduction of nano-fillers into polymers field lead to the creation of the nanocomposites. This creation is starting up a new revolution into the world of materials. Nanocomposites are similar to traditional composite of a polymer blend and filler with at least one nano-scopic dimension. In our project, we worked with nanocomposites of biodegradable polymers: polyacidlactic and polycaprolactone, combined with different nanoclays "kaolin and bentonite" and with different nano-organo-clays. These nanocomposites have been prepared by different methods (solution intercalation, in situ polymerization and melt mixture methods). The advantage of these polymers is their degradability and biocompatibility. A study of the relationship between development, microsctructure and physico-chemical properties of nanocomposites, clays modified with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) and Hexadecyltriméthy ammonium bromide (CTAB) and untreated clays were made. In situ polymerization and melt mixture methods are most suitable methods to get a better dispersion named exfoliation. The study of the adsorption capacity of Co (II), Cd (II), Cu (II) and Ni (II) by these two raw adsorbents (kaolin and bentonite) increases significantly with increasing pH. This capacity is two and half times higher in the case of bentonite than in kaolin. The comparative study of adsorption kinetics, we revealed rapid kinetics of the order of 6 minutes for the Co (II), 10 min for the Ni (II), 15 min for the Cd (II) and an average kinetic order of 120 minutes for Cu (II) both for the bentonite that for kaolin. The study of the adsorption of Co (II), Cd (II), Cu (II) and Ni (II) by these materials (raw clays, organically and nanocomposites prepared by different methods) shows that the adsorption capacity of these heavy metals is important in the case modified clay by APTES

Erosion of a river bed has important implications with respect to scour around river structures such as bridges, transport of contaminants attached to the sediment, and disruption or destruction of aquatic habitats. Erosion occurs when the resistive strength of the sediment is overcome by the hydrodynamic forces produced by the flow of water. This resistance to erosion in a sediment originates from gravity or interparticle forces for coarse sediment (sand and gravel) and fine sediment (silt and clay), respectively. Since the erosion of fine sediment depends on the combination of many interparticle forces, and this combination fluctuates widely amongst different fine sediments, past studies have had difficulty finding a consistent method to estimate fine sediment erosion. This study analyzes sediments that fall in the transition size range between fine and coarse sediments and compares the findings with those from fine sediments (Wang 2013) and sandy coarse sediments (Navarro 2004, Hobson 2008), in order to correlate the erosion rates of both sediment types to their physical characteristics. In this study, kaolin-sand mixtures were prepared by mixing various percentages of Georgia kaolin by weight ranging from 30% to 100% with industrial fine sand and tap water. Geotechnical and other tests of sediment properties were performed to measure water content, bulk density, grain size distribution, temperature, pH, and conductivity of these mixtures. Hydraulic flume experiments measured the erosion rates of each sediment and these rates were used to estimate the critical shear stress correlating to that mixture. Relationships between the physical properties of the sediment and critical shear stress were developed by multiple regression analysis. An alternative option of estimating the critical shear stress by a weighted equation, which uses the combination of fine sediment erosion and coarse sediment erosion equations separately, was explored and found to be a viable and accurate option to estimating both coarse and fine sediment erosion from the same parameters and equation. The results from this study can be used to estimate sediment erodibility and thus river bed stability based on simple tests of physical properties of the river bed sediment and will help predict scour around bridges and other flow obstructions.