Étude de cinétique de précipitation de la nesquehonite et de l'hydromagnésite dans le cadre de la carbonatation aqueuse indirecte de déchets miniers de serpentine.

Guermech, Sirine (2021). Étude de cinétique de précipitation de la nesquehonite et de l'hydromagnésite dans le cadre de la carbonatation aqueuse indirecte de déchets miniers de serpentine. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 197 p.

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Résumé

Dans le contexte actuel, où les changements climatiques commencent à se manifester à travers le globe, il devient primordial de lutter contre ce phénomène. Les gaz à effets de serre (GES) sont l’une des principales causes du réchauffement climatique. Dans ce cadre, la carbonatation minérale est une parmi plusieurs méthodes qui a pour but de diminuer le taux des GES. Elle repose sur l’exposition du CO₂ à des cations bivalents, qui ensemble, donneront des minéraux carbonatés stockant d’une façon permanente et sécuritaire le carbone sous une forme solide. Cette thèse étudie l’étape de précipitation de carbonates de magnésium du procédé de carbonatation aqueuse indirecte de l’INRS en utilisant le CO₂ et les déchets miniers de serpentine riche en magnésium et abondants au sud du Québec. Cette étude prend le relais des recherches conduites sur les étapes initiales de ce procédé. En premier lieu, une étude générale, en mode batch a été conduite pour aborder les différents aspects de la précipitation de la nesquehonite et de l’hydromagnésite. Il a été prouvé que le rendement de la réaction est amélioré en augmentant la température et la sursaturation de la concentration initiale. Une température de 80 °C mène à un rendement de 80%. Une étude de la solubilité de ces carbonates de magnésium a montré qu’à 25 °C, produit de solubilité de la nesquehonite est de de 1.18 10⁻⁶. Quant à l’hydromagnésite, son produit de solubilité est de 6.16 10⁻³⁸. En deuxième lieu, une étude de la cinétique en mode continu a été menée en employant un cristallisoir de type Mixed-Suspension-Mixed-Product-Removal. Les paramètres cinétiques, à savoir la vitesse de croissance, la nucléation primaire et l’agglomération, ont été obtenus pour chacune de la nesquehonite et de l’hydromagnésite. Ces paramètres sont affectés par les conditions opératoires telles que la sursaturation, la température et le temps de résidence. Enfin, une évaluation de la cinétique de précipitation a montré que le procédé, ayant une cinétique rapide, est favorable et prometteur pour une excellente séquestration du CO₂. En mode batch, la température optimale est aussi 80 °C et le temps de réaction optimal sera 1800 s. En mode continu, une température de précipitation de 80 °C et un temps de résidence de 1800 s sont choisis pour une séquestration optimale du carbone.

Within nowadays context, where climate changes start to manifest itself across the globe, it is vital to consider fighting against this phenomenon. Within this frame, mineral carbonation is a method among many aiming to reduce greenhouse gas emission, a principal cause of global warming. Mineral carbonation is based on reacting CO₂ with divalent cations, which together react to synthesize carbonated mineral safely storing carbon under its solid form. This work studies the precipitation steps of magnesium carbonates of the INRS indirect aqueous mineral carbonation process using magnesium-rich serpentine mining waste abundant in south Quebec. This study is a continuity of research conducted on the initial step of this process. First, a general study, at batch mode, was conducted to familiarize with the different aspects of nesquehonite and hydromagnesite precipitation. It was proved that the reaction yield is improved by increasing temperature and supersaturation. A temperature of 80 °C can lead to a reaction yield of 80%. A solubility study of magnesium carbonates showed that at 25 °C, the solubility product of nesquehonite is 1.18 10⁻⁶ while the solubility product of hydromagnesite is 6.16 10⁻³⁸. Second, a continuous precipitation kinetic study was conducted using a Mixed-Suspension-Mixed-Product-Removal crystallizer. The kinetics parameters, namely growth rate, primary nucleation and agglomeration, was obtained for each of nesquehonite and hydromagnesite. These parameters are affected by operating conditions such as temperature, supersaturation and residence time. Finally, evaluation of the kinetics of nesquehonite and hydromagnesite, it is proven that kinetics are, decent and efficient for a decent CO₂ sequestration. Operating in a continuous mode, the optimal temperature is 80 °C and the residence time is 1800 s for carbon sequestration. Operating in a batch mode, the optimal temperature would be also 80 °C and the reaction time would be 1800 s.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Pasquier, Louis-César
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Mercier, Guy
Mots-clés libres:	réchauffement climatique; carbonatation minérale; nesquehonite; hydromagnésite; cristallisoir MSMPR; cinétique de précipitation; vitesse de croissance; nucléation primaire; agglomération; global warming; mineral carbonation; hydromagnesite; MSMPR crystallizer; precipitation kinetic; growth rate; primary nucleation; agglomeration
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	13 juin 2022 18:14
Dernière modification:	17 sept. 2024 13:32
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/12592

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