Brevet FR3050198A1 — publié le 20171020

Description La présente invention concerne un procédé qui permet d'abaisser l'alcalinité de l'eau par dissolution de gaz carbonique apporté et réaction avec du calcium soluble apporté engendrant une précipitation de carbonate de calcium, et d'adsorber et de combiner les éléments dissous de l'eau avec du résidu de bauxite éventuellement modifié, afin d'obtenir une eau épurée après séparation d'une part de l'eau épurée et d'autre part du résidu de bauxite modifié et des composés solides ajoutés ou formés. D'une façon générale, les eaux alcalines dont les éléments dissous sont à épurer sont traitées par apport d'acide(s) neuf(s) ou résiduaire(s), ce qui présente l'inconvénient (i) de la consommation d'une ressource, (ii) du transport et de la manipulation de produits dangereux, et (iii) de la nécessité d'une régulation continue des quantités apportées. L'acide utilisé ici est l'anhydride carbonique, soit l'anhydride de l'acide carbonique, ou encore dioxyde de carbone (CO2). Le CO2 mis au contact de l'eau à épurer se dissous, réagit avec les anions alcalins de l'eau et forme des anions carbonates et bicarbonates. L'apport de calcium soluble simultanément ou consécutivement à l'apport de CO2 permet de 2 0 précipiter les anions carbonates en carbonate de calcium. La précipitation des anions carbonates permet par réaction avec les anions alcalins de l'eau de transformer le bicarbonate en carbonate (qui précipite à son tour avec le calcium soluble) et permet à de nouvelles quantités de CO2 de se dissoudre, de réagir avec les anions alcalins de l'eau et de former des anions carbonates et bicarbonates. La résultante de l'apport de CO2 et de calcium soluble est 2 5 une baisse de l'alcalinité (dont le pH) de l'eau. L'apport de résidu de bauxite permet d'immobiliser certains éléments. Le résidu de bauxite résulte de l'attaque de la bauxite par le procédé Bayer à la chaux et à la soude chaude pour dissoudre et précipiter sélectivement l'alumine. Le résidu alcalin du 3 0 raffinage couramment nommé « boue rouge » contient du fer, de l'aluminium, de la silice, et d'autres éléments, combinés en diverses proportions d'oxydes, de silicates, d'aluminosilicates, d'hydroxydes, de bicarbonates et de carbonates, et a typiquement un pH de 11.5. Ce résidu peut être éventuellement lavé et séché en filtre-presse pour obtenir un solide humide moins alcalin que la boue rouge, avec typiquement un pH de 10.5. Par apport 3 5 de calcium soluble comme le gypse, et au contact du CO2 de l'air, le pH du résidu de bauxite atteint 8.5 (voir par exemple la publication de N.J. Barrow de 1982 avec du résidu de bauxite australien, ce pH étant atteint en 3 jours avec du résidu de bauxite non lavé additionné de 4 % de gypse). Le résidu de bauxite traité au gypse est appelé ici « résidu de bauxite modifié ». Le résidu de bauxite modifié acquiert une structure stable (assemblage de monoparticules en 40 agrégats). Ces agrégats se maintiennent au contact de l'eau. En cas de contact avec l'eau en lot, ils sont aisément séparables de l'eau par décantation ou filtration. En cas de contact avec l'eau en flux, ils sont aisément maintenus dans un récipient au travers duquel l'eau circule, et ils peuvent être aisément égouttés lorsque la quantité d'eau désirée est écoulée. 4 5 Ce résidu de bauxite modifié peut être avantageusement préparé de façon séparée avant le contact avec l'eau à épurer, par simple mélange avec une forme de calcium soluble et aération passive ou active. 1 3050198 1 Par échange ionique, par complexation, par précipitation de surface, certains éléments en solution sont immobilisés par le résidu de bauxite modifié ou non. La capacité de fixation est fonction du pH. 5 Le procédé consiste à : Dissoudre de l'anhydride carbonique dans l'eau à épurer ; Dissoudre un sel de calcium dans l'eau ; Apporter du résidu de bauxite modifié ou non dans l'eau ; - Séparer le résidu de bauxite modifié de l'eau après un temps de contact. 10 Le pH de l'eau à traiter s'autorégule par les solubilités à saturation des différentes substances utilisées. Le procédé peut être mené avec du résidu de bauxite non modifié préalablement au gypse. L'abaissement du pH est réalisé par le CO2 et le calcium soluble apportés dans le mélange 15 constitué d'eau à épurer et de résidu de bauxite non modifié. La dissolution d'acide carbonique est avantageusement obtenue par barbotage de CO2 ou de gaz contenant du CO2 dans l'eau à traiter. Le CO2 peut avantageusement provenir de fumées de combustion ou de l'air ambiant. En cas de traitement en lot, l'apport de calcium soluble et l'apport de résidu de bauxite modifié ou non peuvent avantageusement être réalisés au démarrage du traitement. L'eau, le sel de calcium et le résidu de bauxite modifié ou non sont avantageusement agités par le barbotage du CO2 ou du gaz ou de l'air contenant du CO2. En cas de traitement en flux, 2 5 l'apport de CO2 et l'apport de calcium peuvent être réalisés dans un premier réacteur et l'immobilisation des éléments par le résidu de bauxite modifié ou non dans un deuxième réacteur raccordé au premier. Le pH peut être mesuré pour déterminer la fin de l'opération de contact et le début de 30 l'opération de séparation de l'eau épurée d'une part et du résidu de bauxite modifié ou non et des éléments solides formés d'autre part. L'apport de calcium en solution peut avantageusement se faire par apport de gypse ou d'anhydrite neuf (plâtre) ou de synthèse (par exemple provenant du traitement des fumées) ou 3 5 de récupération (par exemple provenant de traitement chimique ou de déchets contenant du plâtre). La séparation du résidu de bauxite modifié ou non et des éléments solides ajoutés ou formés d'une part et de l'eau épurée d'autre part peut être obtenue par décantation ou par filtration ou 40 par centrifugation. Exemple 1 : Baisse du pH Un volume d'eau est additionné de gypse et de résidu de bauxite modifié : 0.1 litres d'eau, 1 g 4 5 de gypse (soit 10 g/1), 3 g de matière sèche de résidu de bauxite préalablement modifié avec 5 % de gypse (soit 30 g/1). De l'air comprimé est mis à barboter avec un débit de 120 litres d'air par heure (1200 1 air/(litre eau.heure)), ce qui réalise un mélange permanent. Le pH est mesuré dans le mélange (Dessin 1). Le pH passe de 12.5 (pH initial de l'eau) à 11. 3 en 1 h, 10.4en2h,10.0en3h,9.8en4h,9.5en8het8.7en24h. 2 3050198 1 Exemple 2 : Baisse du pH et diminution de la concentration en aluminium de l'eau Un volume d'eau est additionné de gypse et de résidu de bauxite modifié : 2 litres d'eau, 20 g de gypse (soit 10 g/1), 60 g de matière sèche de résidu de bauxite préalablement modifié avec 5 5 % de gypse (soit 30 g/1). De l'air comprimé est mis à barboter avec un débit de 1300 litres d'air par heure (650 1 air/(litre eau.heure)) et réalise un mélange permanent. Le pH est mesuré dans le mélange (Dessin 2). A différents temps, une aliquote de 20 ml est prélevée, décantée 10 minutes, le surnageant est prélevé et filtré à 0.45 itm. L'aluminium est dosé (Dessin 3). Le pH passe de 12.5 (pH initial de l'eau) à 11.7 en 1 h, 11.4 en 2 h, 11.2 en 3 h, 11.1 en 4 h, 10 10.3 en 8 h et 9.6 en 24 h et 9.1 en 48 h. La teneur en aluminium passe de 182 mg/1 à 0.74 mg/1 en 3 heures, puis remonte lentement jusque 9.4 mg/1 à 48 h. 3 REVENDICATIONS1/ Procédé d'épuration d'eau caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs actions : apport et dissolution de gaz carbonique, apport et dissolution d'un sel de calcium, apport de résidu de bauxite, adsorption et combinaison d'éléments dissous, séparation entre l'eau d'une part et le résidu de bauxite et les composés solides ajoutés ou formés d'autre part. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résidu de bauxite utilisé est traité préalablement au gypse et au CO2 (résidu de bauxite modifié). 3/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en que la dissolution de gaz carbonique est avantageusement obtenue par barbotage de CO2 ou de gaz contenant du CO2 dans l'eau à traiter, pouvant avantageusement provenir de fumées de combustion ou de l'air ambiant. 15 4/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'apport de calcium en solution peut avantageusement se faire par apport de gypse ou d'anhydrite neuf (plâtre) ou de synthèse (par exemple provenant du traitement des fumées) ou de récupération (par exemple provenant de traitement chimique ou de déchets contenant du plâtre). 5/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en cas de traitement en lot, l'apport de calcium soluble et l'apport de résidu de bauxite modifié ou non peuvent avantageusement être réalisé au démarrage du traitement. 2 5 6/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'eau, le sel de calcium et le résidu de bauxite modifié ou non sont avantageusement agités par le barbotage du CO2 ou du gaz ou de l'air contenant du CO2. 7/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'en cas de 3 0 traitement en flux, l'apport de CO2 et l'apport de calcium peuvent être réalisés dans un premier réacteur et l'immobilisation des éléments par le résidu de bauxite modifié ou non dans un deuxième réacteur raccordé au premier. 8/ Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la séparation 3 5 du résidu de bauxite modifié ou non et des composés solides ajoutés ou formés d'une part et de l'eau épurée d'autre part peut être obtenue par décantation ou par filtration ou par centrifugation. 2 0 1