Brevet FR2674239A1 — publié le 19920925

Procédé de recouvrement d'un bassin à effluents. La présente invention concerne de manière générale un procédé de traitement de bassin à effluents en vue de réduire les impacts négatifs sur l'environnement qu'ils impliquent et en particulier un procédé de recouvrement d'un bassin à effluents qui reçoit un effluent aqueux contenant des fines provenant d'un procédé industriel en vue d'empêcher la dissémination de poussières par le vent Dans toute la partie occidentale des Etats-Unis, et dans d'autres régions dans lesquelles les activités minières existent ou ont existé, il existe des milliers d'hectares de bassins à effluents qui provoquent une dissémination de poussières et la création de tempêtes de poussières lorsqu'ils sont attaqués par des vents violents. Ces bassins sont crées à partir de déchets de minerai finement broyés qui ont été incorporés dans une boue liquide, pompés dans une surface de terrain entourée de talus et mis à décanter et sécher. La où les activités minières sont toujours en cours, l'effluent aqueux contenant les fines est pompé dans le bassin d'effluent où l'eau est mise à rassembler et clarifier. L'eau clarifiée est alors pompée en retour vers l'activité minière. Une partie de ces grandes surfaces de bassins sont mises à sécher, de sorte que les effluents sont maintenus à un niveau constant. On trouve également des boues naturelles dans des bassins de retenue dans différents autres sites industriels dans le monde entier.Les bassins à effluents de l'industrie des phosphates en Floride, de l'industrie des sables bitumineux au Canada et de l'industrie de la bauxite en Jamaique sont trois exemples parmi la multitude de ceux dans lesquels les bassins à effluents continuent à avoir une influence négative sur l'environnement de différentes manières, malgré les importants efforts de ceux dont le métier est d'améliorer significativement la situation. Bien que la présente invention soit applicable à pratiquement tous les bassins de décharge artificielle et naturelle d'effluents aqueux contenant des fines, des boues et des vases, elle est présentée dans le contexte particulier des activités minières dans lesquelles l'effluent aqueux contenant des fines est pompé dans un bassin à effluents et mis à sédimenter et sécher. Dans le cas des activités minières, en particulier dans la partie occidentale des Etats-Unis, les compagnies minières ont été confrontées avec des réglementations de plus en plus strictes concernant l'environnement et à une pression politique, allant dans certains cas jusqu'à devoir fermer à défaut d'être capable d'empêcher les bassins à effluents de disséminer leurs poussières. L'augmentation de la pression provenant de la population dans les états de l'Ouest des Etats-Unis oblige à trouver une solution économique de neutralisation des effets négatifs sur l'environnement des bassins à effluents. L'objet de la présente invention est de proposer un procédé efficace et économique en vue de former un matériau de recouvrement qui puisse être épandu facilement sur la surface des bassins à effluents pour empêcher les fines de minerai d'être emportées par le vent. Dans le procédé selon l'invention, un bassin à effluent du type destiné à recevoir un effluent aqueux contenant des fines provenant d'un procédé industriel est recouvert en vue d'empêcher la dissémination des poussières par le vent. Un mélange de minéraux est tout d'abord préparé en mélangeant ensemble des composants primaires consistant en chaux, en un composant pouzolanique, en un composant sulfaté et en eau. Le mélange de minéraux, sous forme de boue, est épandu sur la surface d'un bassin à effluents contenant des fines, par exemple par pompage ou par aspersion de la boue à la surface du bassin. On laisse alors la boue durcir de manière à former un recouvrement superficiel sur le bassin à effluents. Le mélange de minéraux est de préférence préparé sous la forme d'une boue aqueuse et épaisse en mélangeant ensemble de la chaux vive à haute teneur en calcium et des cendres volantes, de l'acide sulfurique, du gypse ou un autre matériau contenant du soufre, et de l'eau. Un composant fibreux tel que de la fibre de papier décortiqué peut également être incorporé dans le mélange des minéraux. Le mélange est de préférence préparé en éteignant tout d'abord la chaux à l'aide d'eau et en ajoutant ensuite les cendres volantes. De l'acide sulfurique est ensuite ajouté au mélange de chaux et de cendres volantes de manière à former une boue. Le composant fibreux peut être ajouté au mélange après adjonction de l'acide sulfurique dilué au mélange de chaux et de cendres volantes. Lorsque du gypse est utilisé comme matériau contenant du soufre, un mélange à sec de gypse de chaux vive à haute teneur en calcium, de cendres volantes et de fibres de papier peut être préparé. Le mélange sec est alors combiné à de l'eau pour former la boue. D'autres objets caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-dessous. Bien que la présente invention puisse être appliquée à tout bassin de décharge du type de ceux contenant un effluent aqueux contenant des fines provenant de procédés industriels, des boues et des vases, qui est particulièrement efficace dans le cas de bassins à effluents associés à des activités minières, dans lequel les bassins à effluents sont susceptibles de disséminer les poussières, et ce particulièrement à proximité de zones peuplées. Dans la pratique du procédé selon l'invention, on prépare un mélange de matériaux qui forme un matériau de recouvrement qui peut être épandu facilement sur la surface de bassins à effluents en vue d'empêcher les fines de minerai d'être disséminées par le vent.Le mélange de matériau est essentiellement un mélange de minéraux qui est formé en mélangeant ensemble de la chaux, un composant pouzolanique, un composant sulfaté et de l'eau. En option, un composant fibreux, tel que de la fibre de papier, peut être incorporé dans le mélange. Le composant à base de chaux du mélange est n'importe quel composant réactif calcareux contenant du calcium et/ou de l'oxyde ou de l'hydroxyde de magnésium, ou une autre forme de calcium ou de magnésium chimiquement combinés qui, dans les conditions utilisées dans les étapes du procédé, réagit avec les composants siliceux, alumineux et soufré des mélanges en vue de former des hydrates de calcium d'alumine de soufre et de silice, c'est-à-dire des cristaux d'eftringite et du gypse. Le composant calcareux réactif préféré est la chaux vive à haute teneur en calcium. La chaux vive à haute teneur en calcium, CaO, utile dans le cadre de la présente invention, possède une teneur en CaO supérieure à environ 90% en poids, et de préférence supérieure à environ 95% en poids.Le composant calcareux réactif est de préférable présent dans le mélange à une teneur d'environ 1 à 10% en poids, calculée sur le poids total du mélange de minéraux. eau incluse. Le composant pouzzolanique du mélange de minéraux est un composant alumin#silicaté réactif qui est utilisé dans une fourchette de 5 à 20% en poids du mélange total, eau incluse. De tels composants alumino-silicatés réactifs comprennent des pouzzolanes artificielles ou naturelles, des cendres de combustible pulvérisées (cendres volantes), du laitier granulé, de la poussière de laitier expansé, de la silice broyée, des argiles tels que la batonite ou la kaolinite, de la poussière de four à ciment Portland et autres, ainsi que des mixtures de ces composants, possédant un caractère pouzzolanique.Par le terme pouzzolane on entend un matériau finement divisé riche en silice ou en alumine qui, bien que ne possédant pas nécessairement en soi les caractéristiques d'un ciment, réagira aux températures ordinaires avec la chaux hydratée en présence d'eau pour former des produits ayant les caractéristiques du ciment. Le composant alumino-silicaté préféré est la cendre volante. La cendre volante est un produit commercialement disponible qui est familier aux spécialistes. Elle est obtenue par exemple à titre de sous-produit de la combustion du charbon. Le composant soufré du mélange et n'importe quel matériau contenant du soufre, qui puisse fournir une quantité de soufre stoechiométriquement équivalente en vue de réagir avec le mélange de chaux et de cendres volantes pour développer des cristaux d'eftringite dans le mélange de minéraux. En d'autres termes, la combinaison des poids des éléments et composants fournit des rapports stoechiométriques qui permettent le calcul du nombre de moles d'une substance en fonction du nombre de moles d'une autre substance dans n'importe quelle équation chimique donnée.Les quantités de chaux, de composants soufrés et de cendres volantes combinées dans le mélange sont de préférence choisies de telle sorte que la chaux réagisse complètement avec le composant soufré et la cendre volante de manière à former un produit réactif, par exemple les cristaux d'ettringite, sans laisser dans le bassin à effluents un résidu susceptible de vieillissement sous l'action des conditions météorologiques. Le composant sulfuré peut avantageusement être apporté sous forme d'acide sulfurique, bien que d'autres matériaux contenant du soufre tels que le gypse ou des résidus de lavage de fumée puissent également être utilisés. L'acide sulfurique est disponible commercialement à partir de différentes sources contenant environ 93 à 98% d'H2SO4; le reste étant de l'eau. Le gypse (CaSO4 .2H2O) est un matériau facilement disponible qui doit uniquement être broyé en vue d'être utilisé dans le mélange selon l'invention. Le composant soufré du mélange. s'il est amené sous forme d'acide sulfurique, est en général présent dans une fourchette allant de 1 à 5% en poids, calculée sur le poids total du mélange, eau incluse. Le mélange de minéraux peut également contenir un composant fibreux tel que de la fibre de papier déchiquetée, qui est préparée en déchiquetant des déchets de papier. Le composant fibreux, s'il est présent dans le mélange, sera présent dans une fourchette allant de 0.1 à 5% en poids, calculée sur le poids total du mélange. eau incluse. Le reste du mélange est de l'eau qui peut être de n'importe quelle provenance avantageuse. Les exemples qui suivent sont données à titre d'illustration d'un mélange préféré des minéraux utilisé lors de la mise en pratique du procédé selon l'invention. EXEMPLE 1 Chaux vive à haute teneur en calcium (CaO...) 4.2% Cendres volantes 13.2% Acide sulfurique 2.1% Fibre de papier 1.6% Eau 78.9% Dans la préparation du mélange de minéraux, la séquence des opérations de mélange est un élément critique, du fait de la réaction violente de l'acide sulfurique avec la chaux et l'eau. Le composant calcique est de préférence éteint dans environ la moitié de la quantité totale d'eau requise et le composant cendres volantes est alors ajouté Le composant acide sulfurique, tel qu'on se l'est procuré sur le marché, est dilué avec environ un quart de la quantité totale d'eau requise pour le mélange et l'acide sulfurique dilué est alors ajouté au mélange chaux/cendres volantes. Le composant fibreux, s'il est présent. et le reste de l'eau peuvent alors être ajoutés.L'addition d'acide au mélange de chaux et de cendres volantes produit une boue aqueuse et épaisse du fait de la formation de cristaux d'ettringite et de gypse. Comme mentionné, le composant chaux est de préférence présent dans une quantité suffisante pour réagir complètement avec les composants soufré et cendres volantes, de sorte qu'il ne reste pas de matériaux non réagis qui seraient susceptibles de vieillissement sous l'action des conditions météorologiques. La quantité d'eau ajoutée est suffisante pour former une boue de viscosité moyenne qui peut être pompée et projetée en vue d'épandre la boue à la surface d'un bassin à effluents. Dans l'exemple suivant, le mélange de minéraux est réalisé sous forme d'un mélange à sec présentant la composition suivante: EXEMPLE Il Chaux vive à haute teneur en calcium 21.0% Cendres volantes 65.5% Gypse 12.5% Fibres de papier 1.0% Le mélange à sec est alors combiné à de l'eau pour former une boue aqueuse. dans une proportion d'une partie de mélange à sec pour quatre parties d'eau. Dans la pratique de la méthode selon l'invention, un effluent aqueux contenant des fines est pompé en provenance d'un traitement minier vers une surface de terrain entourée de talus en vue de former un bassin à effluents. L'effluent sédimente et s'évapore, laissant une surface sèche ou partiellement humide sur le bassin, avec peu ou pas de flaques à la surface. Un mélange de minéraux est préparé. comme décrit précédemment, et est épandu sur la surface sèche du bassin à effluents contenant des fines sous la forme d'une boue visqueuse. Le mélange de minéraux est alors mis ô durcir en vue de former un recouvrement superficiel ou chapeau sur la surface du bassin à effluents. Dans certains procédés industriels, l'effluent aqueux contenant des fines sera mis à rassembler et clarifier sur la surface de terrain entourée du talus et au moins une partie de 'effluent clarifié sera pompé en retour vers le procédé industriel.Après que la surface du bassin ait séché, le mélange des minéraux peut être épandu à la surface du bassin à effluents en vue d'y former un recouvrement superficiel. Le procédé d'épandage du mélange boueux de minéraux sur le bassin à effluents peut avantageusement consister soit à pomper le mélange, soit à projeter le mélange à la surface du bassin pour y former un recouvrement superficiel. L'invention proposée présente plusieurs avantages. Le procédé selon l'invention propose un recouvrement de bassin ô effluents qui empêche la dissémination de poussières de matériaux fins, qui ne se craquèiera ni ne se rompra dans des conditions environnementales raisonnables. Les composants du mélange boueux de minéraux forment de très petites aiguilles cristallines d'eftringite et de gypse qui entrelacent le composant fibreux et créent une masse dense et poreuse qui reste en place lors de tempêtes de vent et de pluie. Le composant chaux du mélange utilisé dans la pratique selon l'invention se combine chimiquement avec la surface des fines de minerai siliceux, ce qui lie le matériau de recouvrement à la surface du bassin d'effluents. Du fait de la nature cristalline du matériau de recouvrement selon l'invention, l'eau ne se rassemble pas en flaques. mais percole rapidement à travers la surface du recouvrement. Par conséquent, le recouvrement n'est pas emporté par l'écoulement normal de l'eau. Le mélange et la méthode selon l'invention sont en pratique économiques du fait que ce sont des matériaux de récupération peu coûteux qui sont essentiellement utilisés dans le mélange. Le mélange consiste en matériau de type minéral qui ne se dégrade pas en substance dangereuse pour l'environnement. Bien que l'invention n'ait été décrite que dans un de ses modes de réalisation, elle n'est pas limitée à ce mode de réalisation et est susceptible de différents changements et modifications restant dans le cadre de l'invention. Revendications 1. Procédé de recouvrement d'un bassin ô effluents dans un système de bassin à effluents servant à recevoir des effluents aqueux contenant des fines qui y sont destinées à sécher, en vue d'empêcher la dissémination de poussières par le vent, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - préparation d'un mélange de minéraux sous la forme d'une boue liquide, par mélange de chaux, d'un composant pouzzolanique d'un composant contenant du soufre et d'eau; - épandage du mélange de minéraux à la surface du bassin à effluents contenant des fines: - attente du durcissement du mélange de minéraux et de la formation d'un recouvrement superficiel du bassin à effluents. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape d'addition d'un composant fibreux au mélange de minéraux avant l'épandage du mélange de minéraux sur la surface du bassin à effluents. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de minéraux est préparé en mélangeant ensemble de la chaux, des cendres volantes, un composant sulfaté et de l'eau. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de minéraux est préparé en mélangeant ensemble de la chaux vive à haute teneur en calcium, des cendres volantes, de l'acide sulfurique, de la fibre de papier et de l'eau. 5. Procédé de traitement d'effluents aqueux contenant des fines. provenant d'un procédé industriel, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - pompage de l'effluent aqueux contenant des fines vers une surface de terrain entourée de talus en vue de former un bassin à effluents et de permettre le séchage de l'effluent: - préparation d'un mélange de minéraux se présentant sous la forme d'une boue aqueuse épaisse par mélange de chaux, d'un composant pouzolanique, d'un composant contenant du soufre et d'eau; - épandage du mélange de minéraux sur la surface d'un bassin à effluents contenant des fines: et - attente du durcissement du mélange de minéraux et de la formation d'un recouvrement superficiel du bassin à effluents. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes de: - récolte et de clarification préalables de l'effluent aqueux contenant des fines, qui est pompé dans le bassin à effluents: - pompage d'au moins une partie de l'effluent clarifié en retour vers le procédé industriel et attente du séchage du reste de l'effluent; - épandage subséquent du mélange de minéraux sur la surface séchée du bassin à effluents, en vue de former un recouvrement superficiel du bassin à effluents. 7. Procédé de traitement de l'effluent aqueux contenant des fines provenant d'un procédé minier industriel, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - pompage de l'effluent aqueux contenant des fines de minerai, depuis le procédé minier jusqu'à une surface de terrain entourée de talus, en vue de former un bassin à effluents et de permettre à l'effluent de sécher; - préparation d'un mélange de minéraux sous la forme d'une boue aqueuse épaisse, par mélange de chaux, de cendres volantes, d'un composant sulfaté et d'eau, le mélange étant préparé en mélangeant à sec la chaux, les cendres volantes et le composant sulfaté, et en mélangeant ensuite le mélange sec avec de l'eau; - épandage du mélange de minéraux sur la surface du bassin à effluents contenant des fines de minerai: et - attente du durcissement du mélange de minéraux et de la formation d'un recouvrement superficiel du bassin à effluents. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape d'addition d'un composant fibreux au mélange de minéraux, préalablement à l'épandage du mélange de minéraux sur la surface du bassin à effluents. 9. Procédé de traitement de l'effluent aqueux contenant des fines provenant d'un procédé minier industriel, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - pompage de l'effluent aqueux contenant des fines de minerai, depuis le procédé minier jusqu'd une surface de terrain entourée de talus, en vue de former un bassin à effluents et de permettre à l'effluent de sécher;; - préparation d'un mélange de minéraux sous la forme d'une boue aqueuse épaisse, par réalisation d'un mélange d'environ 5 à 10 % en poids de chaux, d'environ 5 à 20 % en poids de cendres volantes, d'environ 1 à 5 % en poids d'acide sulfurique, d'environ 0,1 à 5 % en poids d'un composant fibreux, le reste étant de l'eau et tous les pourcentages en poids étant calculés sur base du poids total du mélange de minéraux, eau incluse, le mélange étant préparé en éteignant d'abord la chaux à l'aide d'eau, en ajoutant ensuite les cendres volantes. puis en ajoutant l'acide sulfurique dilué à l'eau au mélange de chaux et de cendres volantes, et en ajoutant enfin le composant fibreux: - épandage du mélange de minéraux sur la surface du bassin à effluents contenant des fines de minerai; et - attente du durcissement du mélange de minéraux et de la formation d'un recouvrement superficiel du bassin à effluents. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la quantité de chaux ajoutée au mélange est choisie de manière ô être approximativement équivalente du point de vue stoechiométrique ô la quantité d'acide sulfurique et de cendres volantes présente. grace à quoi la chaux réagit complètement avec l'acide sulfurique et les cendres volantes, sans laisser de résidu susceptible de vieillissement sous l'action des conditions météorologiques. 11. Procédé selon la revendication 10. caractérisé en ce que le mélange de minéraux est préparé en mélangeant environ 4,2 % en poids de chaux vive à haute teneur en calcium. 13,2 % en poids de cendres volantes. 2,1 % en poids d'acide sulfurique. 1.6 % en poids d'un composant fibreux et 78.9 % en poids d'eau. tous les pourcentages en poids étant calculés sur base du poids total du mélange de minéraux, eau incluse.