New methods of metals determination in fly ash samples
Nouvelles méthodes de détermination des métaux dans les cendres volantes
Résumé
Solid waste generated by our society are numerous, fly ashes are produced during the combustion of domestic or industrial waste in incinerators. Fly ashes are also produced through coal combustion in coal fired power plants. Fly ashes are results of these combustions and represent important quantity of waste produced every year by our society. They have variable use – in construction, road industry, or they can be stocked for further use. As they are result of different origin, they have complex mineral and elemental composition. As a by-product or as a recycled product fly ashes fate is important to determine. In this view the determination of the elemental composition of fly ashes is the aim of this work.Conventional methods of sample preparation are acid digestion or alkali fusion. These procedures are time and reagent consuming and complete digestion is not assured. The potential contamination of the reagents employed is important during these classical sample preparation methods. During the past decade, development of direct solid sampling using laser ablation methods was important due to the need of reducing analysis time and also reducing reagent consumption. In this work, two methods based on laser ablation will be studied for fly ash analysis: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). LIBS will be studied for quantitative determination of major elements in fly ash samples while Laser ablation / ICP MS will be employed for trace element determination.The sensitivity optimization and different calibration strategies are key problems of laser sampling methods. Sample preparation and condition optimisation were performed to determine major, minor and trace elements such as Al, As, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Pb, Sr, V and Zn by both methods – LIBS for major elements and LA-ICP-MS for minor and trace elements.Analytical properties such as detection limits, accuracy and analytical working curves were obtained following suitable optimisation of binders and internal standards. Compromise binder and analytical conditions were selected to determine the elements in fly ash samples.In conclusion, direct solid sampling using laser ablation followed by LIBS or for solid introduction into ICP was found to determine major, minor and trace elements in fly ashes, improving pellets mechanical stability, high samples sensitivity and acceptable accuracy and detection limits.
Les déchets solides générés par notre société sont nombreux. Les cendres volantes sont des déchets solides produits lors de la combustion de déchets domestiques ou industriels dans des incinérateurs. Les cendres volantes sont également produites par la combustion du charbon dans les centrales à charbon. Les cendres volantes sont des résultats de ces combustions et représentent importante quantité de déchets produits chaque année par notre société. Les possibilités de recyclage de ces déchets sont nombreuses : dans la construction, l'industrie routière. Elles sont également stockées pour une utilisation ultérieure. Les origines différentes des charbons et déchets incinérés conduisent à une minéralogie et une composition élémentaire complexe. En tant que sous-produit le devenir des cendres volantes est important à déterminer, aussi la détermination de la composition élémentaire de ces cendres volantes est-elle indispensable.Les méthodes classiques de préparation des échantillons solides sont la minéralisation acide ou la fusion alcaline. Ces procédures prennent du temps et supposent l’utilisation de réactif, de plus la digestion complète n'est pas toujours assurée. Le risque de contamination par les réactifs employés est important au cours de ces méthodes classiques de préparation. Au cours de la dernière décennie, le développement d’analyse directe d'échantillons solides en utilisant des méthodes d'ablation laser a été important en raison de la nécessité de réduire le temps d'analyse et de réduire aussi la consommation de réactifs. Dans ce travail, deux méthodes basées sur l'ablation par laser seront étudiées pour l'analyse des cendres: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) et Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS). La spectrométrie LIBS sera étudiée pour la détermination quantitative des éléments majeurs dans les échantillons de cendres alors que le couplage ablation laser ICP / MS sera employé pour détermination des éléments traces. L'optimisation de la sensibilité et les stratégies d'étalonnage sont les principaux problèmes traités dans ce travail. La préparation des échantillons et l’optimisation ont été effectuées pour déterminer les éléments tels que Al, As, Ba, Ca, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Pb, Sr, V et Zn par les deux méthodes.Les performances analytiques telles que les limites de détection, justesse ont été obtenus à la suite d'optimisations appropriées des liants et de la sélection de l’étalon interne approprié. En conclusion, l’analyse directe de solides en utilisant les techniques basées sur l’ablation laser développées dans ce travail conduisent à une justesse acceptable pour la détermination des éléments majeurs et traces dans les cendres volantes
Origine : Version validée par le jury (STAR)