Modélisation thermodynamique de systèmes contenant l'arsenic, le soufre et des métaux de transition

L’exploitation excessive des gisements de grade élevé cause progressivement leur épuisement. Cela pousse à l’extraction des minerais complexes contenant une plus forte teneur d’arsenic. La variation dans la composition des minerais cause des problèmes majeurs de contamination par l'arsenic durant leurs traitements dans les procédés de pyrométallurgie. L’utilisation de l’arsenic dans l’industrie des électroniques constitue également une source de contamination durant le recyclage des appareils contenant cet élément toxique, durant l’élimination de ces appareils par incinération ou même après leur élimination directe dans les décharges. Puisqu’il est prévu que les changements climatiques impacteront considérablement la mobilité de l’arsenic, les risques liés à son émission ne vont que s’amplifier. Quelques technologies sont employées par les industries pour diminuer leurs émissions d’arsenic, mais elles ne sont pas suffisantes pour contrôler le problème. Pour réussir à développer des technologies efficaces, il est essentiel de combler le manque dans la compréhension des interactions entre les éléments que l’on retrouve généralement associés à l’arsenic. Dans ce projet de recherche, la thermodynamique computationnelle est utilisée pour examiner le comportement de l’arsenic et de ses différentes interactions avec le soufre et quelques métaux de transition et pour développer une base de données. Les systèmes binaires et ternaires sont modélisés avec le logiciel FactSageTM en utilisant la méthode CALPHAD. Le modèle Quasichimique modifié (MQM) par approximation des paires est utilisé pour modéliser les phases liquides et le Compound Energy Formalism (CEF) est utilisé pour modéliser les solutions solides. Les évaluations thermodynamiques et les optimisations sont effectuées pour la première fois pour les systèmes As-Cd, As-Co, Ag-As-S, As-Cd-Zn et As-Fe-S pour toutes les gammes de composition. Une réévaluation des systèmes binaires Ag-As, Ag-S, As-Fe, As-S et As-Zn est aussi réalisée, offrant des améliorations significatives par rapport aux modélisations antérieurs. Les résultats de toutes les optimisations ont permis la reproduction des propriétés thermodynamiques et des données des diagrammes de phases à l’intérieur des marges d’incertitudes expérimentales. Les résultats ont également permis la prédiction des équilibres de phases impliqués dans les systèmes étudiés. Les résultats obtenus ont aussi démontré l’intérêt d’examiner l’effet de la polymérisation de l’arsenic liquide dans le modèle. Cela impliquerait d’investiguer l’utilisation d’un modèle thermodynamique amélioré pour les phases liquides dans de prochains travaux afin de considérer les formes polymérisées de l’arsenic.