110 resultados para carbonation
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La carbonatation minérale dans les résidus miniers est un moyen sûr et permanent de séquestrer le CO2 atmosphérique. C’est un processus naturel et passif qui ne nécessite aucun traitement particulier et donc avantageux d’un point de vue économique. Bien que la quantité de CO2 qu’il soit possible de séquestrer selon ce processus est faible à l’échelle globale, dans le cadre d’un marché du carbone, les entreprises minières pourraient obtenir des crédits et ainsi revaloriser leurs résidus. À l’heure actuelle, il y a peu d’informations pour quantifier le potentiel de séquestration du CO2 de façon naturelle et passive dans les piles de résidus miniers. Il est donc nécessaire d’étudier le phénomène pour comprendre comment évolue la réaction à travers le temps et estimer la quantité de CO2 qui peut être séquestrée naturellement dans les piles de résidus. Plusieurs travaux de recherche se sont intéressés aux résidus miniers de Thetford Mines (Québec, Canada), avec une approche principalement expérimentale en laboratoire. Ces travaux ont permis d’améliorer la compréhension du processus de carbonatation, mais ils nécessitent une validation à plus grande échelle sous des conditions atmosphériques réelles. L’objectif général de cette étude est de quantifier le processus de carbonatation minérale des résidus miniers sous des conditions naturelles, afin d’estimer la quantité de CO2 pouvant être piégée par ce processus. La méthodologie utilisée repose sur la construction de deux parcelles expérimentales de résidus miniers situées dans l’enceinte de la mine Black Lake (Thetford Mines). Les résidus miniers sont principalement constitués de grains et de fibres de chrysotile et lizardite mal triés, avec de petites quantités d’antigorite, de brucite et de magnétite. Des observations spatiales et temporelles ont été effectuées dans les parcelles concernant la composition et la pression des gaz, la température des résidus, la teneur en eau volumique, la composition minérale des résidus ainsi que la chimie de l’eau des précipitations et des lixiviats provenant des parcelles. Ces travaux ont permis d’observer un appauvrissement notable du CO2 dans les gaz des parcelles (< 50 ppm) ainsi que la précipitation d’hydromagnésite dans les résidus, ce qui suggère que la carbonatation minérale naturelle et passive est un processus potentiellement important dans les résidus miniers. Après 4 ans d’observations, le taux de séquestration du CO2 dans les parcelles expérimentales a été estimé entre 3,5 et 4 kg/m3/an. Ces observations ont permis de développer un modèle conceptuel de la carbonatation minérale naturelle et passive dans les parcelles expérimentales. Dans ce modèle conceptuel, le CO2 atmosphérique (~ 400 ppm) se dissout dans l’eau hygroscopique contenue dans les parcelles, où l’altération des silicates de magnésium forme des carbonates de magnésium. La saturation en eau dans les cellules est relativement stable dans le temps et varie entre 0,4 et 0,65, ce qui est plus élevé que les valeurs de saturation optimales proposées dans la littérature, réduisant ainsi le transport de CO2 dans la zone non saturée. Les concentrations de CO2 en phase gazeuse, ainsi que des mesures de la vitesse d’écoulement du gaz dans les cellules suggèrent que la réaction est plus active près de la surface et que la diffusion du CO2 est le mécanisme de transport dominant dans les résidus. Un modèle numérique a été utilisé pour simuler ces processus couplés et valider le modèle conceptuel avec les observations de terrain. Le modèle de transport réactif multiphase et multicomposant MIN3P a été utilisé pour réaliser des simulations en 1D qui comprennent l’infiltration d’eau à travers le milieu partiellement saturé, la diffusion du gaz, et le transport de masse réactif par advection et dispersion. Même si les écoulements et le contenu du lixivat simulés sont assez proches des observations de terrain, le taux de séquestration simulé est 22 fois plus faible que celui mesuré. Dans les simulations, les carbonates précipitent principalement dans la partie supérieure de la parcelle, près de la surface, alors qu’ils ont été observés dans toute la parcelle. Cette différence importante pourrait être expliquée par un apport insuffisant de CO2 dans la parcelle, qui serait le facteur limitant la carbonatation. En effet, l’advection des gaz n’a pas été considérée dans les simulations et seule la diffusion moléculaire a été simulée. En effet, la mobilité des gaz engendrée par les fluctuations de pression barométrique et l’infiltration de l’eau, ainsi que l’effet du vent doivent jouer un rôle conséquent pour alimenter les parcelles en CO2.
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The basic objective of this work is to evaluate the durability of self-compacting concrete (SCC) produced in binary and ternary mixes using fly ash (FA) and limestone filler (LF) as partial replacement of cement. The main characteristics that set SCC apart from conventional concrete (fundamentally its fresh state behaviour) essentially depend on the greater or lesser content of various constituents, namely: greater mortar volume (more ultrafine material in the form of cement and mineral additions); proper control of the maximum size of the coarse aggregate; use of admixtures such as superplasticizers. Significant amounts of mineral additions are thus incorporated to partially replace cement, in order to improve the workability of the concrete. These mineral additions necessarily affect the concrete's microstructure and its durability. Therefore, notwithstanding the many well-documented and acknowledged advantages of SCC, a better understanding its behaviour is still required, in particular when its composition includes significant amounts of mineral additions. An ambitious working plan was devised: first, the SCC's microstructure was studied and characterized and afterwards the main transport and degradation mechanisms of the SCC produced were studied and characterized by means of SEM image analysis, chloride migration, electrical resistivity, and carbonation tests. It was then possible to draw conclusions about the SCC's durability. The properties studied are strongly affected by the type and content of the additions. Also, the use of ternary mixes proved to be extremely favourable, confirming the expected beneficial effect of the synergy between LF and FA.
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Interaction of rocks with fluids can significantly change mineral assemblage and structure. This so-called hydrothermal alteration is ubiquitous in the Earth’s crust. Though the behavior of hydrothermally altered rocks can have planet-scale consequences, such as facilitating oceanic spreading along slow ridge segments and recycling volatiles into the mantle at subduction zones, the mechanisms involved in the hydrothermal alteration are often microscopic. Fluid-rock interactions take place where the fluid and rock meet. Fluid distribution, flux rate and reactive surface area control the efficiency and extent of hydrothermal alteration. Fluid-rock interactions, such as dissolution, precipitation and fluid mediated fracture and frictional sliding lead to changes in porosity and pore structure that feed back into the hydraulic and mechanical behavior of the bulk rock. Examining the nature of this highly coupled system involves coordinating observations of the mineralogy and structure of naturally altered rocks and laboratory investigation of the fine scale mechanisms of transformation under controlled conditions. In this study, I focus on fluid-rock interactions involving two common lithologies, carbonates and ultramafics, in order to elucidate the coupling between mechanical, hydraulic and chemical processes in these rocks. I perform constant strain-rate triaxial deformation and constant-stress creep tests on several suites of samples while monitoring the evolution of sample strain, permeability and physical properties. Subsequent microstructures are analyzed using optical and scanning electron microscopy. This work yields laboratory-based constraints on the extent and mechanisms of water weakening in carbonates and carbonation reactions in ultramafic rocks. I find that inundation with pore fluid thereby reducing permeability. This effect is sensitive to pore fluid saturation with respect to calcium carbonate. Fluid inundation weakens dunites as well. The addition of carbon dioxide to pore fluid enhances compaction and partial recovery of strength compared to pure water samples. Enhanced compaction in CO2-rich fluid samples is not accompanied by enhanced permeability reduction. Analysis of sample microstructures indicates that precipitation of carbonates along fracture surfaces is responsible for the partial restrengthening and channelized dissolution of olivine is responsible for permeability maintenance.
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One of the major challenges faced nowadays by oil companies is the exploration of pre-salt basins. Thick salt layers were formed in remote ages as a consequence of the evaporation of sea water containing high concentrations of NaCl and KCl. Deep reservoirs can be found below salt formations that prevent the outflow of oil, thus improving the success in oil prospection. The slurries used in the cement operations of salt layers must be adequate to the properties of those specific formations. At the same time, their resulting properties are highly affected by the contamination of salt in the fresh state. It is t herefore important to address the effects of the presence of salt in the cement slurries in order to assure that the well sheath is able to fulfill its main role to provide zonal isolation and mechanical stability. In this scenario, the objective of the present thesis work was to evaluate the effect of the presence of NaCl and KCl premixed with cement and 40% silica flour on the behavior of cement slurries. Their effect in the presence of CO2 was also investigated. The rheological behavior of slurries containing NaCl and KCl was evaluated along with their mechanical strength. Thermal and microstructural tests were also carried out. The results revealed that the presence of NaCl and KCl affected the pozzolanic activity of silica flour, reducing the strength of the hardened slurries containing salt. Friedel´s salt was formed as a result of the bonding between free Cl- and tricalcium aluminate. The presence of CO2 also contributed to the degradation of the slurries as a result of a process of carbonation/bicarbonataion
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Convergent plate boundaries are sites of sustained chemical exchanges between the Earth’s surface and deep geochemical reservoirs, playing a major role in the global cycle of carbon and sulfur. However, carbon and sulfur recycling processes continue to be hotly debated. A critical gap in the knowledge of the whole subduction factory is given by the limited accessibility to the upper mantle residing above the subducting plate, the so-called mantle wedge. This thesis investigates the carbonate and sulfide metasomatism taking place during the whole metamorphic evolution of a mantle wedge involved in the Variscan continental collision. We integrate different detailed geochemical and petrological techniques to orogenic carbonated spinel and garnet peridotites from the Ulten Zone of the Eastern Italian Alps. Our data show that the Ulten Zone peridotite experienced multiple stages of addition and removal of carbon and sulfur throughout its metamorphic evolution, as follows: (1) The Variscan lithospheric mantle was initially depleted and sulfide-poor. It subsequently inherited a sulfur and carbon component during an early metasomatic stage, when hot, H2S-CO2-bearing melts leaving a subduction-modified source percolated the overlying spinel-facies peridotite in the mantle wedge; (2) Under peak eclogite-facies P-T conditions, pervasive carbonation and sulfidation occurred. Heterogeneous melt and fluid sources variably enriched in carbon, isotopically heavy sulfur and radiogenic Sr were involved; (3) Shortly after the attainment of peak-P conditions, peridotite bodies were incorporated in a tectonic mélange with the neighboring gneisses. Here, the Ulten Zone peridotite was exposed to channelized infiltration of hybridized C-O-H fluids that promoted the formation of veinlets of carbonates locally associated with sulfide grains. (4) Upon late retrogression, infiltration of serpentinizing fluids promoted C and S remobilization at shallow crustal levels.