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

Résumé

L’alumine utilisée pour la production d’aluminium est extraite de la bauxite par le procédé Bayer. Pour une tonne d’aluminium, le procédé Bayer produit en moyenne 2 tonnes de boue rouge, qui doivent être entreposées dans des sites de disposition. Les sites de disposition ont une capacité maximale et donc une durée de vie. La longévité des sites de disposition est un enjeu crucial pour la durée de vie des usines de production d’alumine. Une façon directe d’augmenter la longévité des sites est de réduire le volume de boue rejeté en augmentant la siccité de la boue rouge avant qu’elle ne soit disposée. À cette fin, trois presses à vis pour le traitement de la boue rouge ont été développées au courant de ce projet de doctorat. Deux presses à vis à échelle laboratoire ont permis d’étudier l’effet des paramètres d’opérations et de géométrie sur la siccité finale de la boue rouge et une presse à vis pilote a été installée à l’usine Vaudreuil de Saguenay. Les essais en laboratoire ont démontré qu’une presse à vis munie d’un filtre adapté pour l’opération sous pression peut augmenter la siccité de la boue rouge de 50 à 70 %p/p. Ce gain en siccité correspond à une baisse du volume de résidus rejetés d’environ 25 %. Bien que d’autres technologies présentes sur le marché permettent aussi de compacter la boue rouge jusqu’à 70 %p/p, la presse à vis comporte des avantages qui rendent son utilisation concurrentielle d’un point de vue opérationnel, logistique et financier. Dans le cadre du projet, un modèle mathématique décrivant la compaction de la boue rouge à l’intérieur d’une presse à vis a été développé. Le modèle développé est un modèle semi-empirique et stationnaire. Il utilise les valeurs de seuil de cisaillement en compression et de résistance spécifique à la filtration de la boue rouge, ainsi que la perméabilité du filtre de la presse à vis et la viscosité du filtrat. Le modèle mathématique développé décrit la séparation solide-liquide dans une presse à vis comme la suite de deux modes d’assèchement : la filtration et la consolidation. La description de la filtration est faite à partir de la loi de Darcy modifiée. Pour la consolidation, le modèle inclus une équation tirée de la mécanique des sols calculant l’augmentation de pression engendrée par la vis lors du transport du gâteau solide. Le modèle permet d’évaluer l’effet de la géométrie de la presse à vis (diamètre, longueur), de la perméabilité du filtre, de la vitesse de rotation de la vis ainsi que l’effet des propriétés rhéologiques de la boue rouge et du filtrat sur la capacité de traitement de l’appareil.