par Mulaja Tshakatumba, Constantin 
Président du jury Snoeck, Didier
Promoteur Delplancke, Marie-Paule;Mwema Mutamba, Edouard
Publication Non publié, 2024-02-14
Président du jury Snoeck, Didier
Promoteur Delplancke, Marie-Paule
;Mwema Mutamba, Edouard Publication Non publié, 2024-02-14
Thèse de doctorat
| Résumé : | The mining and extracting metals from ores is of primary importance. This is associated to the production of waste at various steps in the winning process. As this waste is potentially hazardous for the environment and for the local populations, especially if there are heavy metals content, those waste need to be managed and/or stabilized. One potential way of repurposing this waste is using it in the production of bricks. Such bricks would need to correspond to the mechanical and structural properties necessary for their application in construction works, but also be chemically stable enough to ensure no leaching of heavy metals or their toxic compounds occurs during their use.The Democratic Republic of the Congo, which recognizes the mining potential of its rich basement also needs to grapple with this reality. A variety of mining companies operate in this sector for the recovery of metals by conventional metallurgical techniques. In this PhD, we investigate the use of mining waste to produce fired building bricks and anti-acid bricks. Heavy metals like copper (Cu), cobalt (Co), and manganese (Mn) can be found in the chemical makeup of discharges from the Kakanda site, and these metals may be recovered. To achieve the reduction of these metals and ensure compliance with environmental regulations, a preliminary acid leaching pre-treatment is conducted. The analysis of decontaminated wastes, on the other hand, shows that a lot of aluminosilicates with an acidity index below unity are present. Through theoretical research on recycling waste to make building materials, it has become possible to use decontaminated mining waste in the process of making fired bricks. The physico-chemical and mechanical characterization results enable the determination of the optimal conditions to produce building bricks, specifically in terms of the firing temperature (800°C) and the maximum allowable substitution of clay with discards (70% by weight) as well as the necessary pre-treatment of the waste. The mechanism responsible for the solidification of these mixes is predicated on the process of fritting and the subsequent development of compact phases. However, the integration of non-recycled, previously used glass into the brick enhances the mechanical and chemicals performances of the brick by increasing the development of glass phases. The decrease in viscosity of the molten phase as a result of increasing heating temperatures contributes to the consolidation of the brick by obstructing the pores. The performance characteristics of the brick are dependent on the proportion of glass content and the temperature at which it is fired. The addition of glass in amounts over 20% by weight may result in the distortion of bricks due to imposed restrictions. The primary mechanism responsible for the hardening process is the leaking of the glass phases.The production of anti-acid bricks includes making use of an optimal mixture made from depleted mining waste, clay, and used glass. You can find out if advanced fired bricks are anti-acidic by checking their other physical properties and measuring how much mass they lose when exposed to 2M sulfuric acid. The choice of the acid's molar concentration is contingent upon the electrolysis yield. The assessment of environmental performance over the whole life cycle of the materials created is achieved by monitoring the emission of inorganic substances and evaluating their recyclability. The intricately manufactured bricks exhibit a notable resistance to the release of inorganic substances, even when subjected to conditions simulating acid rain. The amalgamation of molten glass phases results in the fusion of components, creating an insoluble matrix within the typical solutions seen in tropical climatic conditions. The bricks produced are classified as non-liquidable materials according to the TCLP test, which is regulated by the mining legislation of the Democratic Republic of Congo. The method applied for the recycling of mining waste complies with the principles of the circular economy, as it contributes to the conservation of non-renewable natural resources. The findings acquired promote the valorization of mining waste and, especially, reduce its impact on the environment through recycling in building materials. The present approach provides the potential for application in the analysis of mineral leached residues within the field of hydrometallurgy. |
| Lors de l’exploitation minière, la récupération des métaux utiles se fait le plus souvent avec une production des rejets. Ces derniers sont essentiellement produits à partir des étapes de concentration ou encore après l’étape de mise en solution. Pour la plupart, ces rejets font peu l’objet d’une gestion environnementale. Lorsqu’ils sont stockés non loin de milieux habitables, c’est la santé des populations riveraines qui est affectée. Outre la composition chimique et minéralogique de ces rejets, leur distribution granulométrique fine peut leur conférer un caractère néfaste sur l’écosystème régional en termes d’une érosion éolienne. La République démocratique du Congo dont on reconnaît les potentialités minières de son riche sous-sol n’échappe pas à la règle. Une diversité d’entreprises minières œuvre dans ce secteur dans la récupération de métaux par des techniques classiques de métallurgie. Le travail présenté dans cette thèse aborde la question de la valorisation de rejets de concentration des minerais en briques de construction et en brique antiacides. L’analyse chimique de rejets de Kakanda met en évidence la présence de métaux lourds (Cu, Co, Mn) à des teneurs valorisables. En vue de récupérer ces métaux et de ramener lesdites teneurs en deçà des seuils de la réglementation environnementale, un prétraitement par lixiviation acide est fait. D’autre part, la caractérisation minéralogique de rejets dépollués révèle une proportion considérable en aluminosilicates avec un indice d’acidité inférieur à l’unité. Une étude théorique du recyclage des déchets en matériaux de construction aboutit à la possibilité d’incorporation de rejets miniers dépollués dans la fabrication des briques cuites. Les résultats de caractérisation physico-chimique et mécanique permettent d’établir les conditions optimales d’élaboration des briques de construction en termes de température de cuisson (800°C) et de substitution maximale d’argile par les rejets (70 % en masse). Le mécanisme de durcissement dans ces mélanges se base sur le frittage et la formation des phases denses.D’autre part, l’incorporation du verre usagé non recyclé dans la brique cuite améliore les performances de la brique par la formation des phases vitreuses. La diminution de la viscosité de la phase fondue avec la température de cuisson permet de consolider la brique par colmatage des pores. Les performances de la brique dépendent de la proportion du verre et de la température de cuisson. Un ajout en verre supérieur à 20% en masse conduirait à une déformation de la brique par suite des contraintes. Le mécanisme de durcissement se fait principalement par écoulement des phases vitreuses. Outre les propriétés de briques cuites, le caractère antiacide de briques cuites élaborées est déterminé par la perte de masse dans l’acide sulfurique 2M. La concentration molaire de cet acide est choisi en fonction de celle du retour d’électrolyse. Le suivi du comportement environnemental au cours du cycle de vie des matériaux élaborés est fait à travers le relargage des matières inorganiques et la recyclabilité. Les briques cuites élaborés ne relarguent pas de matières inorganiques même dans les conditions de simulation des pluies acides. La formation des phases vitreuses fondues fige les éléments dans une matrice insoluble dans les solutions usuelles de conditions climatiques tropicales. Le test TCLP, test réglementé par le code minier de la RD Congo permet de classer les briques élaborées dans la catégorie des matériaux non lixiviables.Cette voie de valorisation de rejets miniers s’inscrit dans l’économie circulaire par la préservation des ressources naturelles non renouvelables. Les résultats obtenus permettent de valoriser les rejets miniers et surtout de dépolluer l’environnement par le recyclage en briques. Ce protocole peut être appliqué aux résidus de lixiviation des minerais dans l’hydrométallurgie. |
