In this thesis, the effects of iron(II) on arsenic(V) removal from acidic sulphate solutions in lime neutralization systems were investigated. The role of Fe(II) was analyzed via different types of experiments. Firstly, 2-stage continuous coprecipitation (CCPTN) circuit experiments were run, involving variable Fe(II)/Fe(III) fractions whilst maintaining an Fe(tot)/As(V) molar ratio of 4, and the resultant products were subjected to stability testing. It was found that CCPTN results were reproducible; that increasing the Fe(II) content resulted in somewhat lower initial arsenic(V) removal, but still better results than those obtained from equimolar Fe(III)-As(V) solutions in the absence of ferrous pointing to the latter's beneficial effect on arsenic(V) precipitation and retention. Coprecipitates aged at constant pH 8, drifting pH and at various temperatures reached pseudoequilibrium after several months. Notably, long term stability testing of the coprecipitates showed that up to an Fe(II)/Fe(III) ratio of 1 at 20 °C, As(V) release was maintained below 1 mg/L after 463 days with "drifting pH" stabilized at 5 increasing only to 1.9 mg/L upon pH adjustment to 8. Secondly, the behaviour of Fe(II) was studied in batch reactor set-ups as part of hydrolysis and oxidation experiments with and without As(V). It was shown in the absence of As(V), Fe(II) precipitated out of solution completely between pH 7.5 and 8.5. Subsequent oxidation of the ferrous hydroxide slurry was found to proceed via a series of transformations starting from ferrous hydroxide to green rust, to magnetite and finally goethite. The oxidation kinetics were governed by oxygen mass transfer. In the presence of As(V) both Fe(II) and As(V) precipitated from solution starting at pH 3 with the latter ultimately dropping below 1 mg/L between pH 6.5 to 9 via the proposed precipitation of a ferrous arsenate compound (symplesite). Subsequent oxidation of the Fe(II)-As(V) slurry at constant pH 8 led to destabilization of the ferrous arsenate phase and concomitant partial release of As(V). The bulk control of As(V) in the latter case switched from ferrous arsenate to ferric arsenate or arsenate adsorption on freshly formed iron(III) hydroxide. / Cette thèse à pour objet d'étudier les effets des ions ferreux (Fe(II)) sur la stabilisation, par neutralisation à base de chaux, de l'arsenic (As(V)) contenu dans des solutions acides sulfatées. Le rôle des ions ferreux a été analysé à l'aide de différents types d'expériences. Premièrement, des essais de co-précipitation en circuit continu (CCPTN) comprenant deux étapes ont été réalisés pour différentes fractions de Fe(II)/Fe(III), tout en conservant un rapport molaire Fe(tot.)/As(V) égal à 4; les produits obtenus ont par la suite été soumis à des tests de stabilité à long terme. Les résultats de ces tests ont montré de façon reproductible qu'une augmentation de la teneur en ions ferreux réduisait l'effet de stabilisation de l'As(V) initialement présent; ces résultats étaient cependant meilleurs que dans le cas de tests de stabilisation de l'As(V) présent dans des solutions équimolaires de Fe(III)-As(V), en l'absence d'ions ferreux, validant l'effet positif des ces derniers sur la précipitation et la rétention de l'As(V). Après plusieurs mois de vieillissement dans des conditions variées de pH constant (ajusté à pH 8), de pH non-ajusté et de températures, les produits de co-précipitation ont fini par atteindre un état de pseudo-équilibre. Notamment, les tests de stabilité à long terme ont montré que pour une fraction molaire Fe(II)/Fe(III) allant jusqu'à 1 et une température de 20 °C, la libération d'As(V) en solution après 463 jours était maintenue en-dessous de 1 mg/L, respectivement 1.9 mg/L, dans le cas d'une solution au pH non-ajusté (se stabilisant à pH 5), respectivement d'une solution au pH constamment ajusté à pH 8. Deuxièmement, le comportement des ions ferreux a été étudié à l'aide d'un réacteur discontinu, dans le cadre de tests d'hydrolyse et d'oxydation, en présence ou non d'As(V). Les résultats de cette partie de l'étude ont montré qu'en l'absence d'As(V), les ions ferreux précipitent intégralement entre pH 7.5 et 8.5. Par la suite, l'oxydation de la suspension d'hydroxyde de fer (II) procède selon une série de transformations allant de la rouille verte, à la magnétite et finalement à la goethite. Les résultats ont également montré que la cinétique d'oxydation était gouvernée par le transfert de masse d'oxygène. En présence d'As(V), la précipitation du Fe(II) et de l'As(V) à été observée à partir de pH 3, sous la forme suggérée d'un composé d'arséniate de fer (II) (symplésite), la concentration finale d'As(V) non-précipité atteignant moins d'1 mg/L entre pH 6.5 et 9. Par la suite, l'oxydation de la suspension de Fe(II)-As(V) à pH 8 constant a entrainé la déstabilisation de la phase d'arséniate de fer et la remise en solution partielle d'As(V). En effet, dans ce cas particulier, le control de l'As(V) à entrainé la conversion de la majorité de la phase d'arséniate de fer (II) en arséniate de fer (III) ou possiblement son adsorption à la surface d'hydroxyde de fer (III) fraichement oxydé.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.103615 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Daenzer, Renaud |
| Contributors | George Demopoulos (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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