La demande pour les éléments de terres rares (ETR) ne cesse d'augmenter avec les années ce qui ne devrait pas s'essouffler à moyen long terme puisque leurs propriétés chimiques sont essentielles pour de nombreuses technologies vertes et durables qui réduisent la consommation d'énergie fossile et les gaz à effet de serre. Comme le thorium et l'uranium possèdent des caractéristiques similaires aux ETR, ceux-ci sont aussi présents dans les réseaux cristallins des minerais d'ETR. Par le fait même, le lixiviat résultant de l'extraction des ETR des minerais peut contenir ces actinides. Leur présence n'est pas souhaitable lors de la production d'ETR dû au caractère radioactif de ces éléments. Le travail décrit dans le cadre de ce mémoire traite de la séparation du thorium des éléments de terres rares au sein de lixiviats miniers. Pour retirer celui-ci du lixiviat, la stratégie de l'extraction au point trouble a été envisagée. L'étude s'est basée sur trois principaux lixiviats miniers. Search Minerals a mandaté SGS Canada inc. pour faire des essais pilotes "acid baking/water leach". De ceux-ci en est résulté, le lixiviat en milieu sulfurique. Un lixiviat en milieu nitrique ainsi qu'un lixiviat en milieu chlorhydrique issu d'essais en laboratoire à CanmetMINES ont également été utilisés. Les extractions au point trouble classiques traitent des liquides ayant des matrices moins chargées en ions et des concentrations en analyte beaucoup plus faibles que dans les lixiviats miniers. L'objectif du développement de la méthode d'extraction au point trouble était d'adapter la méthode à une matrice de lixiviats miniers en plus de concentrer le thorium dans la phase riche en surfactant. Des huit ligands testés, deux se sont démarqués. Le P,P'-di-(2-éthylhexyle) méthane diphosphonique acide (H₂DEH[MDP]) est celui possédant le potentiel d'extraction le plus important permettant sélectivement le transfert du Th dans les micelles mixtes dans un lixiviat sulfurique. L'acide éthylènediaminetétraméthylène phosphonique (EDTMP) a aussi prouvé son potentiel à séparer le Th des ETR dans un lixiviat chlorhydrique. L'optimisation des systèmes en changeant les concentrations en réactifs utilisés a été effectuée. Les analyses élémentaires ont montré que cette technique était prometteuse pour une application pour le domaine minier. L'exploration de l'extraction séquentielle du Th suivie de la séparation et préconcentration des ETR lourds des ETR légers avec l'isopropyl diglycolamide (i(pr)-DGA) a été réalisée. Les résultats préliminaires ont montré la capacité potentielle de la technique à réaliser la séparation. / The demand for rare earth elements (REE) continues to increase over the years and should not slow down in the medium to long-term horizon since their chemical properties are essential for many green and sustainable technologies which mitigate the consumption of fossil energy and greenhouse gases. Since thorium and uranium exhibit similar characteristics to REE, these are also present in the mineral lattice of REE ores. As a result, the leachate from the extraction of REE from minerals may contain actinides. Their presence is undesirable during the production of REE due to the radioactive nature of these elements. The work described in this thesis deals with the separation of thorium from the rare earth elements of mining leachates. To remove them from the leachate, the cloud point extraction strategy was considered. The study was based on three main mining leachates. Search Minerals commissioned SGS Canada inc. to carry out acid baking/water leach pilot tests. From these resulted the sulfuric medium leachate. A nitric medium leachate as well as a hydrochloric medium leachate from laboratory testing at CanmetMINING have also been used. Classic cloud point extractions are typically applied to solutions with less ionic content and much lower analyte concentrations than in mining leachates. The goal of developing this new cloud point extraction method was to concentrate the thorium in the surfactant-rich phase. Of all the ligands tested, two stood out. The P, P - di- (2-ethylhexyl) methane diphosphonic acid (H₂DEH [MDP]) is the one with the greatest extraction potential, allowing the selective transfer of Th into mixed micelles in a sulfuric leachate. The ethylene diamine tetra (methylene phosphonic acid) (EDTMP) has also demonstrated its potential to separate Th from REE in hydrochloric leachate. The optimization of the systems by changing the concentrations of reagents used was carried out. The elemental analyses showed that this technique was promising for an application in mineral processing. The exploration of the sequential extraction of Th followed by the separation and preconcentration of heavy REE from light REE with isopropyl diglycolamide (i(pr)-DGA) was carried out. Preliminary results showed its potential ability to perform this task.

Le compostage permet de valoriser des résidus organiques frais en une matière organique stabilisée, soit l’humus. Cette étude a optimisé le cocompostage des résidus de ferme et agroalimentaires, avec de la paille de soya ou des écorces et en a étudié les produits; le compost et le lixiviat. L’évolution du compost a été suivie dans le temps, et après tamisage. Le lixiviat à des teneurs en NEPE1KLou NEPL3KL (avec E = engrais minéral; L = engrais du lixiviat) a été comparé à la dose optimale d’engrais minéraux en NEPEKE, ou en absence de fertilisation pour le maïs sucré. Les composts tamisés étaient de qualité. Le plastique provenant des emballages et étiquetages a été mesuré en quantité. La paille de soya a produit un bon compost. Pour un sol amendé en compost à l’automne, les traitements de lixiviat ont donné le même rendement que les traitements non fertilisé ou fertilisé avec des engrais minéraux.

Les résidus de bois génèrent de grands volumes de lixiviat par percolation ou suite à des activités manufacturières de transformation. Ce lixiviat contient souvent de fortes concentrations de composés phénoliques qui sont des contaminants environnementaux, classés disrupteurs endocriniens dont la gestion et le traitement appropriés s'imposent pour réduire les impacts environnementaux associés. Cette thèse traite les aspects de ce défi environnemental en contribuant à déterminer les mécanismes en présence lors du procédé de traitement de ces lixiviats par biofiltration aérée. L'évaluation de l'efficacité du traitement nécessitent le développement de méthodes de détection et d'analyse rapides, précises et reproductibles pour quantifier avec précision les composés phénoliques ce qui est l'un des premiers défis rencontrés lors de l'étude. Dans un premier temps, une méthode d'analyse a été développée et validée. Des analyses par chromatographie liquide (LC) avec détection ultraviolette (UV) et préparation d'échantillons par extraction en phase solide (SPE) sur des cartouches Oasis HLB ont été réalisées et adaptées pour quantifier huit composés phénoliques prioritaires dans le lixiviat de résidus de bois. La méthode a été validée sur une solution synthétique simulant le lixiviat de bois, puis sur le lixiviat réel enrichi à 1 µg mL⁻¹. La méthode développée et validée a été appliquée pour quantifier les composés phénoliques dans le lixiviat réel. Les courbes d'étalonnage étaient linéaires pour tous les composés dans l'intervalle de 1 à 30 µg mL⁻¹, et des taux de récupération élevées variant entre 93,5 % pour le 2-chlorophénol et 112,8 % pour le 4-nitrophénol ont été obtenues. Les limites de détection variaient de 0,06 µg L⁻¹ pour le 2-chlorophénol à 0,129 µg L⁻¹ pour le phénol. La méthode proposée réduit les interférences, le bruit de fond, le temps d'analyse, la quantité de solvants organiques et est moins coûteuse par rapport aux autres méthodes. Ensuite des essais en batch ont été réalisées pour comprendre et clarifier le mécanisme de sorption des composés phénoliques dans les lixiviats des résidus de bois par la tourbe en tant que media. Les mécanismes ont été étudiés séparément par isolement de chacun et le mécanisme de sorption a été suivi dans la présente étude en inhibant le processus biologique. L'étude cinétique a montré que la capacité maximale de sorption était atteinte entre 20-24 h à 10°C, et entre 16-20 h à 20°C ; Cependant, c'est pendant les premières heures que le processus de sorption est élevé. La capacité maximale de sorption a été évaluée à 68,5 mg/kg (57,87% de la concentration initiale) pour les composés les plus polaires : 4-nitrophénol, phénol et 2-chlorophénol, et à 35,2 mg/kg de tourbe pour les composés les moins polaires tels que 2,4-diméthylphénol dans des conditions de pH 4 et à 10°C. Les méthodes biologiques sont efficaces, innovantes et économiques. En particulier, le procédé de biofiltration qui présente divers avantages par rapport aux autres technologies (CAS et MBR). Deux filtres pilotes, avec et sans activité biologique ont été conçus pour suivre en continu les mécanismes. Cette étude suppose que les trois mécanismes de volatilisation, sorption et biodégradation sont présents, confirme ces hypothèses et détermine la contribution de chaque mécanisme. Une bonne efficacité a été obtenue dans le biofiltre et 97 % et 98,2 % de l'élimination de la DCO et de la DBO ont été observées, respectivement. D'excellentes performances ont été obtenues et ont atteint 99,9 % d'élimination des concentrations initiales pour tous les composés phénoliques. / Wood residues generate large volumes of leachate through percolation or following manufacturing transformation activities. This leachate often contains high concentrations of phenolic compounds which are environmental contaminants, classified as endocrine disruptors, which must be managed and treated appropriately to reduce the associated environmental impacts. This thesis deals with aspects of this environmental challenge by helping to determine the mechanisms involved in the treatment process for these leachates by aerated biofiltration. To evaluate the treatment with accuracy, the development of rapid, precise and reproducible detection and analysis methods is required to accurately quantify phenolic compounds, which is one of the first challenges encountered during the study. First, an analysis method was developed and validated. Liquid chromatography (LC) analyzes with ultraviolet (UV) detection and solid phase extraction (SPE) sample preparation on Oasis HLB cartridges were performed and adapted to quantify eight priority phenolic compounds in wood residue leachate. The method was validated on a synthetic solution simulating wood leachate, then on real leachate enriched at 1 μg mL⁻¹. The developed and validated method was applied to quantify phenolic compounds in real leachate. Standard curves were linear for all compounds in the range of 1 to 30 μg mL⁻¹, and high recoveries ranging from 93.5% for 2-chlorophenol to 112.8% for 4- nitrophenol were obtained. Detection limits ranged from 0.06 μg L⁻¹ for 2-chlorophenol to 0.129 μg L⁻¹ for phenol. The proposed method reduces interferences, background noise, analysis time, amount of organic solvents and is less expensive compared to other methods. Then batch tests were carried out to understand and clarify the mechanism of sorption of phenolic compounds in wood residue leachate by peat as media. The mechanisms were studied separately by isolation of each and the sorption mechanism was followed in the present study by inhibiting the biological process. The kinetic study showed that the maximum sorption capacity was reached between 20-24 h at 10°C, and between 16-20 h at 20°C; However, it is during the first hours that the sorption process is high. The maximum sorption capacity was evaluated at 68.5 mg/kg (57.87% of the initial concentration) for the most polar compounds: 4-nitrophenol, phenol and 2-Chlorophenol, and at 35.2 mg/Kg peat for less polar compounds such as 2,4-dimethylphenol under conditions of pH 4 and 10°C. Biological methods are effective, innovative and economical. In particular, the biofiltration process which has various advantages over other technologies (CAS and MBR). Two pilot filters, with and without biological activity, were designed to continuously monitor the mechanisms. This study assumes that the three mechanisms of volatilization, sorption and biodegradation are present, confirms these hypotheses and determines the contribution of each mechanism. Good efficiency was achieved in the biofilter and 97% and 98.2% removal of COD and BOD were observed, respectively. Excellent performance was obtained and achieved 99.9% removal of initial concentrations for all phenolic compounds.

Thèse doctorat : Sciences et Techniques du Déchet : INSA LYON : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 203-213.

Thèse (M.Ress.Renouv.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2005. / Bibliogr.: f. 62-66. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Au Canada, en 2006, plus de 27 millions de tonnes de déchets solides non-dangereux (DS) ont dû être éliminées. Au Québec, la principale méthode utilisée pour ce faire est l'enfouissement. Par exemple, en 2000, plus de 75% des 7 millions de tonnes de DS étant éliminées l'ont été par enfouissement. Cette méthode a pour inconvénient majeur la génération de lixiviat résultant de la percolation des eaux de précipitations au travers des masses de déchets. Ce lixiviat est généralement capté et doit être traité avant d'être rejeté vers un milieu récepteur. Les systèmes de traitement présentement utilisés peuvent s'avérer coûteux en plus de devoir être opérés par du personnel spécialisé. De plus, avec l'arrivée en 2009 au Québec d'une nouvelle réglementation sur les lieux d'enfouissement de DS, plusieurs de ces systèmes risquent de ne plus répondre aux normes quant aux concentrations en polluants dans les eaux traitées, particulièrement en ce qui a trait au zinc et à l'azote ammoniacal. Dans cette optique, des essais ont été effectués au Centre de recherche industrielle du Québec (CRIQ), en collaboration avec l'Université Laval, afin d'évaluer la performance de la biofiltration sur support organique pour le traitement du lixiviat de lieux d'enfouissement de DS. Deux biofiltres ayant chacun un diamètre de 200 mm et une hauteur de garnissage de 1500 mm ont été alimentés avec un lixiviat prélevé sur un site d'enfouissement existant. Un suivi bimensuel des paramètres normes par le règlement sur l'enfouissement et l'incinération des matières résiduelles (REIMR) a été effectué sur le lixiviat en entrée et en sortie de ces biofiltres, et ce pour une période d'opération de plus de 300 jours. D'autre part, cinq colonnes ayant chacune un diamètre de 76 mm et une hauteur de garnissage de 300 mm ont été construites et différents médias ont été mis à l'essai pour évaluer leur capacité à capter les métaux résiduels à la sortie d'un des biofiltres. Les résultats obtenus laissent entrevoir que la technologie de biofiltration sur support organique combinée à une couche de média spécifique pour le captage des métaux permet de traiter le lixiviat d'un lieu d'enfouissement de DS de manière à ce que leur rejets respectent l'ensemble des normes stipulées par le REIMR.

L'ancien site minier St. Lawrence Columbium abandonné en 1976 a exploité durant ses 15 années d'activité, la seule intrusion de nature carbonatique des Collines Montérégiennes pour sa richesse en minéraux carbonatés porteurs de niobium, d'éléments radioactifs et du groupe des terres rares. L'objectif principal de cette étude est de développer un modèle conceptuel de transport réactif du site qui vise à quantifier la mobilité et le devenir de ces éléments chimiques critiques pour l'environnement en utilisant dans un premier temps, le modèle numérique d'écoulement et de transport par éléments finis Flonet/TR2 afin de modéliser le système d'écoulement saturé en 2D. Par la suite, le modèle par volumes finis MIN3P simule le transport réactif en 1D et en 2D entre le parc à résidus et une des fosses du site. Également, une étude de sensibilité des paramètres d'écoulement et de transport par la méthode de Morris, est menée afin d'identifier les variables d'entrée les plus critiques. Les résultats de la simulation avec Flonet/TR2 permettent d'identifier tout d'abord un chemin préférentiel pour l'écoulement et le transport induit par un roc altéré en surface avec notamment des temps de résidences passant d'une dizaine d'années à plusieurs centaines d'année après 20 m sous le niveau de la nappe. Les simulations de transport réactif ont, quant à elles, révélée des concentrations en oxyde d'uranium qui demeurent en deçà des critères d'eau de résurgence contrairement au fluor et au sulfure d'hydrogène qui ont des concentrations maximales naturelles respectives de 5,0 mg/L et de 1,20x10⁻² mg/L. La capacité du socle rocheux à tamponner la variation de pH engendrée par la dissolution de minéraux soufrés tel que la sphalérite et la molybdénite, a également été constaté, variant entre 8,0 et 6,7 dans le temps. Les analyses de sensibilités montrent que d'une part, le système d'écoulement est significativement impacté par la variation saisonnière de la recharge au top du modèle ainsi que par l'hétérogénéité de la perméabilité du roc induisant des variations du temps de résidence de plusieurs dizaines d'années. D'autre part, la variation du taux de lixiviation des résidus, simulé par la modification des concentrations d'entrées, est la principale source de variation des concentrations de sortie pour le modèle numérique de transport réactif. / During its 15 years of operation, the former St. Lawrence Columbium mining site, abandoned in 1976, exploited the only carbonate intrusion in the Monteregian Hills for its wealth of carbonate minerals containing niobium, radioactive elements and rare earth elements. The main objective of this study is to develop a conceptual model of reactive transport that aims to quantify the mobility and fate of the chemical elements of highest environmental concern by first using the Flonet/TR2 finite element flow and transport model to simulate the saturated 2D flow domain. Subsequently, the MIN3P finite volume model is used to simulate reactive transport in 1D and 2D between the tailings facility and one of the pits on the site. A sensitivity study of the flow and transport parameters using the Morris method identifies the most critical input variables. The results of the Flonet/TR2 simulation showed a preferential pathway identified for flow and transport induced by uppermost layer of weathered rock with residence times ranging from around ten years to several hundred years down to 20 m below groundwater level. Reactive transport simulations showed uranium oxide concentrations below the criteria for resurgent water, in contrast to fluoride and hydrogen sulphide, which have maximum natural concentrations of 5,0 mg/L and 1.20x10⁻² mg/L, respectively. The simulations showed that bedrock was able to moderate the pH variation caused by the dissolution of sulphur minerals such as sphalerite and molybdenite was also observed, with a simulated pH between 8.0 and 6.7 over time. Sensitivity analyses show that the flow system is significantly influenced by the seasonal variation of recharge at the top of the model and by the heterogeneity of rock permeability, leading to variations in residence time of several decades. In addition, the variation in the residual leaching rate, simulated by the change in input concentrations, is the main source of variation in the output concentrations for the reactive transport numerical model.