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Réaction de séquestration du CO₂ à la cheminée dans l’industrie du fer par carbonatation minérale de résidus miniers avec utilisation d’acide pour amorcer la dissolution du fer.

Beaulieu, Cindy (2017). Réaction de séquestration du CO₂ à la cheminée dans l’industrie du fer par carbonatation minérale de résidus miniers avec utilisation d’acide pour amorcer la dissolution du fer. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 133 p.

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Résumé

Les scientifiques oeuvrant dans le domaine des changements climatiques s’entendent sur le fait que le réchauffement planétaire est dû à l’activité humaine, et ce, par l’augmentation des émissions anthropiques de gaz à effet de serre (GES) dans l’atmosphère. Au Québec, en 2013, le deuxième secteur d’activité le plus émetteur de GES était le secteur industriel (31% des émissions totales), tout juste derrière celui des transports (43%). Ce projet de maîtrise, réalisé en partenariat avec la compagnie minière Cliffs Natural Resources (CNR), vise à capturer les émissions de CO₂ émis par une usine de boulettes de fer, par le processus de carbonatation minérale. Les matériaux étudiés pour ce procédé sont des résidus miniers de la compagnie. Les deux problématiques de ce projet sont donc les émissions de GES de l’usine ainsi que la gestion des résidus entreposés dans le parc à résidus. En réponse à ces deux problématiques, l’objectif principal a été de vérifier le potentiel des résidus miniers à être intégré dans un procédé de carbonatation minérale. L’utilisation de ces résidus permettrait non seulement de réduire les émissions, mais également de diminuer la quantité de résidus localisés dans les parcs, tout en apportant une valeur ajoutée à ces déchets. La caractérisation complète des résidus miniers a permis d’identifier les métaux présents dans les résidus pouvant former des carbonates avec le CO₂. Le plus abondant est le fer (21% Fe₂O₃), en plus de contenir du calcium et du magnésium en quantité limitée. Ensuite, les premiers essais de carbonatation minérale ont été réalisés, selon un procédé direct en phase aqueuse, dans des conditions adaptées au domaine industriel de pressions et de températures modérées. À la suite de ces essais, n’ayant pas démontré d’efficacité, les travaux se sont poursuivis selon un processus indirect, en utilisant de l’acide sulfurique pour amorcer la dissolution des métaux dans une première étape. Le pourcentage de lixiviation du fer a été de seulement 4%. Par la suite, le pH de la solution a été augmenté à l’aide d’hydroxyde de sodium jusqu’à environ 8. Lors de ce pH swing, le fer a été éliminé du système, ne laissant en solution que les deux autres métaux, soit le calcium et le magnésium. Ainsi, à la suite de l’ajout de CO₂ sous forme de Na₂CO₃, une infime quantité de dolomite a été formée. Bien que ces résultats soient peu concluants pour le développement d’un procédé de carbonatation minérale à l’échelle industrielle, les données rapportées pourront être utiles lors de l’élaboration de nouvelles solutions pour la gestion de ces résidus.

Abstract

Scientists examining climate change agree that global warming is linked to anthropogenic sources increasing greenhouse gas (GHG) concentrations in the atmosphere. In 2013, Quebec’s industrial sector was the second most important GHG emitter (31% of the total emission) after transportation (43%). This Master’s thesis, in partnership with Cliffs Natural Resources (CNR), examined the possibility of capturing CO₂ emission from their iron ore pelleting facilities using mineral carbonation. The approach of using iron tailings as reactive materials for mineral carbonation was investigated. The main objectives of this project were the reduction of industrial GHG emissions and the revalorization of mine waste stored in tailings sites. These objectives were evaluated by examining the possibility of integrating CNR mine tailings into a CO₂ sequestration process. This way, the use of mine tailings would not only reduce GHG emission, but also reduce the amount of material located in tailing sites, which is added value for this operation. Complete characterization of the mine tailings was done. These analyses identified metals that could potentially react with CO2 and form solid carbonates during the capture process. Iron (21 % Fe₂O₃) was the most abundant metal, and there were also limited quantities of calcium and magnesium in the material. Initial carbon capture reactions were realized by direct aqueous mineral carbonation, using low pressure and low temperature conditions in a batch reactor. Following these tests, which were not conclusive, an indirect carbonation process was investigated using sulfuric acid to initiate metal dissolution from the material as a first step. Iron leaching for this process was only 4%. Thereafter, a pH swing (pH 8) using sodium hydroxide was examined. During this step, all iron precipitated, and was removed from aqueous system, leaving in the solution calcium and magnesium in restricted amounts. Using Na₂CO₃ as a CO₂ source, a minor amount of dolomite has precipitated. These results are inconclusive for the application of an industrial mineral carbonation process at CNR facilities. However, the reported data could be useful for the development of new solutions for managing these mine tailings.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Mercier, Guy
Co-directeurs de mémoire/thèse: Blais, Jean-François; Dipple, Gregory
Mots-clés libres: carbonatation minérale; séquestration du CO₂; résidus miniers; oxydes de fer; pH swing
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 24 avr. 2017 20:14
Dernière modification: 24 avr. 2017 20:14
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/5128

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