Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les boues rouges sont un résidu du procédé Bayer. Elles sont constituées d'une phase solide en suspension dans une phase liquide. Il est nécessaire de séparer les deux phases à de multiples reprises au cours du procédé. Pour ce faire, les boues rouges doivent subir un processus de floculation avant d'être séparées par décantation. La floculation est présentement réalisée dans un puits d'alimentation, un système fonctionnel mais problématique à plusieurs niveaux. Ce document présente le développement d'une nouvelle technologie visant à remplacer le puits d'alimentation. Le « floculateur » a comme objectif de floculer une suspension de boues rouges aussi efficacement que possible tout en étant robuste par rapport aux fluctuations du système.

Tout d'abord, les matières premières sont caractérisées. Ensuite, la théorie pertinente sur le procédé Bayer, la séparation solide-liquide et la CFD est présentée, accompagnée d'une analyse du circuit de lavage à contre-courant. Il y est démontré qu'un floculateur idéal devrait pouvoir traiter une alimentation ayant une concentration de solide aussi élevée que 400 g/1. De plus, une étude détaillée de la sonde Lasentec - le principal instrument de mesure du projet - est réalisée. Les différentes variables permettant de quantifier la distribution granulométrique sont analysées et les meilleures sont sélectionnées. Une revue exhaustive de la littérature sur les puits d'alimentation et de tous les brevets reliés à la floculation au cours des 25 dernières années est aussi incluse.

Par la suite, le puits d'alimentation est simulé par CFD. Deux geometries sont considérées : un puits pilote et un puits industriel. Un modèle de floculation est développé et incorporé aux simulations. Les résultats indiquent que l'étape de dispersion du floculant est problématique à l'échelle industrielle. De plus, la dispersion demeure inadéquate peu importe la position de l'injection de floculant. Améliorer l'étape de dispersion devient donc la priorité du floculateur. La solution élaborée consiste à amincir et accélérer l'écoulement afin d'injecter le floculant sur une grande surface. De cette façon, les simulations montrent qu'une dispersion homogène est atteinte pour des temps de mélange de l'ordre du centième de seconde.

Un premier prototype du nouveau floculateur permettant de traiter 4 m3/h est conçu, fabriqué et testé sous différentes conditions. Une version améliorée est ensuite construite et testée. Un système d'injection de floculant est également développé. Les résultats montrent une très bonne floculation pour la plupart des conditions d'opérations (médiane de l'ordre de 1000 \xm). Les performances sont excellentes jusqu'à une vitesse de 5 m/s et pour un dosage supérieure à 80 g/t. La concentration de solide de l'alimentation est testée jusqu'à 400 g/l. Les résultats sont ambigus-, mais ils soulèvent la possibilité que le floculateur soit efficace à de telles concentrations. Enfin, un troisième prototype à l'échelle semi industrielle est développé et construit. Il peut traiter un débit volumique de 54 m3/h.

Pour terminer, une étude de la transition à l'échelle industrielle est effectuée. Il est montré que le floculateur a la capacité de traiter des débits volumiques allant jusqu'à 1800 m3/h. De plus, une analyse de quelques alternatives simples est présentée. À défaut d'utiliser le floculateur, il est fortement recommandé aux industries d'injecter le floculant dans la conduite de façon aussi uniforme que possible un mètre ou deux avant l'entrée du puits. Un compromis entre le floculateur et le puits d'alimentation est également suggéré.