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Traitement et stabilisation de résidus d'aluminerie contaminés en ions fluorures et en HAP.

Bongo, Ghislain (2007). Traitement et stabilisation de résidus d'aluminerie contaminés en ions fluorures et en HAP. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 252 p.

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Résumé

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L'industrie de production de l'aluminium génère des résidus d'aluminerie qui sont des résidus solides de taille différente et de composition variable. La caractérisation de ces résidus d'aluminerie a révélé leur forte contamination en ions fluorures et en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP). Dépendamment de la taille des particules, des teneurs variant entre 2 et 323 g F- kg-1 ont été mesurées dans ces résidus prélevés d'une usine de production d'aluminium au Québec (Canada). L'application du test de TCLP sur ces résidus a mis en évidence leur caractère dangereux pour l'environnement suite aux concentrations mesurées en ions fluorures supérieures à la valeur prescrite par le Ministère du Développement Durable de l'Environnement et des Parcs du Québec (< 150 mg F- L-1). En parallèle, le principal contaminant détecté pour les HAP est le benzo(b,j,k)fluoranthène (BJK) avec des concentrations souvent supérieures aux normes réglementées (> 1 000 mg kg-1). Devant le caractère dangereux des résidus d'aluminerie, différents traitements de défluorisation et d'enlèvement des HAP ont été testés au cours de cette étude. Ainsi, l'opération d'extraction des ions fluorures menée par des étapes de lixiviations successives en milieu acide (H2S04, pH 1,5) sur un échantillon composite (Ec), a permis d'obtenir un taux d'enlèvement maximal de 30% (p/p), soit 40 g fluorures kg-1 de résidus. Les tests subséquents de TCLP réalisés sur ces échantillons traités ont montré que la lixiviation n'est pas suffisante pour atteindre la norme recommandée (<150 mg F- L-1) et ce, quelque soit la concentration en solides totaux (1 à 16%) utilisée lors du traitement. La stabilisation chimique préalable des résidus d'aluminerie à l'aide de Ca(OH)2 employé à une concentration variant entre 10 et 12 g L-1 dans une suspension de résidus Ec (100 g L-1 ) a permis d'enregistrer des teneurs en Ions fluorures allant de 110 à 115 mg F- L-1 dans les lixiviats issus du test de TCLP. Le traitement du filtrat de déshydratation des résidus stabilisés par une simple diminution du pH initial (pH 1l,9 ou 12,0) à des valeurs comprises entre 7.0 et 8.5 à l'aide d'un acide inorganique (H2S04,10 N) a également permis de récupérer jusqu'à 98% de fluorures par précipitation. Les tests d'enlèvement des HAP (et en particulier le BJK) se résumaient à comparer les performances de surfactants amphotères (BW et CAS) et non ioniques (Triton X-100 et Tween 80) à une concentration de 0,5% (p p-l) lors du traitement par lavage des résidus d'aluminerie. Le meilleur rendement d'enlèvement du BJK (35%) a été obtenu pour les essais de lavage effectués en présence de CAS, un surfactant biodégradable généralement utilisé dans l'industrie des cosmétiques mais dont l'application est innovante dans les technologies environnementales. Ce rendement a été amélioré en remplaçant le traitement par lavage par un procédé de flottation. Les essais de flottation à différentes concentrations en CAS (0,1, 0,2, 0,25 et 0,5% p p-l) et à différentes concentrations en solides totaux de la pulpe (7, 10, 15 et 20% p v-1) ont démontré que les conditions optimales pour l'enlèvement du BJK consistaient en une concentration de CAS de 0,25% et une concentration en solides totaux de 15% p v-1. Le rendement d'enlèvement du BJK obtenu dans ces conditions s'est élèvé à 68%. La production de matières dangereuses obtenue dans ces conditions représente près de 10% (p p-l) de la masse initiale des résidus d'aluminerie. L'élaboration d'un procédé combinant une étape de flottation en cellule avec une concentration massique de résidus solides de 15% (p v-1) en présence de surfactant CAS (0,25% P p-l) suivie d'une stabilisation par ajout de CaOH2 et d'une étape de neutralisation par ajout de H2S04 a permis de réaliser la décontamination des résidus d'aluminerie. Ce procédé effectué en boucle c'est-à-dire avec recirculation des eaux, a conduit à un enlèvement d'une proportion allant de 47 à 83% de benzo(b,j,k)fluoranthène lors de la première phase de flottation. L'étape subséquente de stabilisation à la chaux (8% p v-1) a rendu possible le classement des résidus traités comme matières résiduelles non dangereuses. La concentration en ions fluorures à l'issu du test TCLP (de l'ordre de 67 mg L-1) est demeurée inférieure au seuil réglementaire (150 mg L-1). La dernière étape du procédé, soit la neutralisation des effluents en présence de H2S04, a permis de réduire la concentration en ions fluorures dans les effluents. Le procédé a pu être opéré efficacement avec la recirculation de l'eau de procédé mais la présence de surfactant a diminué la précipitation des fluorures lors de la descente du pH à 7 avec l'acide sulfurique.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Mercier, Guy
Co-directeurs de mémoire/thèse: Blais, Jean-François; Drogui, Patrick
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: ions fluorures; aluminerie; lixiviation; TCLP; défluorisation; HAP
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 22 nov. 2012 19:07
Dernière modification: 11 nov. 2015 17:03
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/439

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