Methodological development for the estimation of bentonite content in rock-bentonite blends

O. Peyronnard, J. Knidiri, B. Bussière, H. Bouzahzah

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Geoenvironment II

ABSTRACT: Safe storage of hazardous materials (mine wastes, industrial or nuclear wastes, etc.) usually requires their confinement in civil engineering structures. Soil or rock-bentonite mixtures are often used to create an impervious layer at the boundaries (dam, impervious blanket or cover) of such structures. The efficiency of these composite materials depends mainly on their bentonite content. Therefore, using rock/soil-bentonite mixtures at a large scale implies the control of bentonite content in the new mixture. This paper presents the development of a methodology dedicated to quantify bentonite content in blends made of crushed rock (0-20 mm) and sodium bentonite (5-10 wt. %). The developed methodology combines 3 different techniques based on specific gravity measurement, thermo-gravimetric analysis, and potassium content determined by X-ray fluorescence. These 3 techniques have been calibrated with 6 blends having a bentonite content between 2 and 15 wt. %. The developed methodology has been validated by blind determination of bentonite content of 3 mixtures of known bentonite content. The obtained results show that the developed methodology allows estimating bentonite content with a relative error of 10 % for blends having a bentonite content higher than 5 wt. %. This accuracy is obtained by the combination of the 3 tested techniques (specific gravity, thermo-gravimetric analysis and K quantification).

RÉSUMÉ: Le stockage sécuritaire des déchets potentiellement dangereux pour l™environnement (résidus miniers, déchets industriels, déchets radioactifs, etc.) implique souvent leur confinement dans des ouvrages dont les parois (digue, tapis d™étanchéité, recouvrement) ont une faible perméabilité aux fluides (eau ou gaz). Les mélanges de types sol ou roche bentonite sont une option de choix pour la construction de ces parois étanches. L™efficacité de ces matériaux composites est principalement liée à leur teneur en bentonite. Leur utilisation à grande échelle implique donc de contrôler la teneur en bentonite des matériaux réellement installés. Ce papier présente le développement d™une méthodologie pour la quantification de la bentonite dans des mélanges composés de roche concassée (0-20 mm) et de bentonite sodique (5-10 % massique). La méthodologie retenue combine trois techniques différentes : mesure de la densité relative au pycnomètre à hélium, analyse thermogravimétrique et détermination de la teneur en potassium par fluorescence X. Ces trois techniques ont été étalonnées avec 6 mélanges de teneur en bentonite comprises entre 6 et 15 %. La méthodologie développée a ensuite été validée par détermination en aveugle de la teneur en bentonite de 3 mélanges de compositions connues. Les résultats obtenus montrent que la méthodologie proposée permet une estimation de la teneur en bentonite avec une incertitude relative de 10 % pour les mélanges dont la teneur en bentonite est supérieure à 5 %. Cette précision est obtenue en combinant les 3 techniques (densité relative, analyse thermogravimétrique et teneur en K).

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