Brevet FR3137082A1 — publié le 20231229

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DES EAUX USÉES CONTENANT DU MANGANÈSE Un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse est divulgué, lequel procédé comprenant les étapes : d’ajustement du pH des eaux usées contenant du manganèse à l’alcalinité avec une solution alcaline pour obtenir un mélange, d’oxydation du mélange dans une tour d’oxydation à l’air ; et de réalisation d’une séparation solide-liquide ; où la tour d’oxydation à l’air a un rapport hauteur-diamètre allant de 4 à 8, la tour d’oxydation à l’air est munie d’un garnissage, le garnissage a une densité allant de 0,9 à 1,2 g/ml, et les eaux usées de solution stérile comprennent du manganèse soluble, du nickel soluble et du cobalt soluble. Le procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse selon la présente divulgation permet de recycler des métaux précieux sans introduire d’autres produits chimiques, et permet aux eaux usées de solution stérile de répondre aux normes de rejet. Le procédé est simple et rentable, élimine l’introduction d’autres ions d’impuretés et ne génère aucun déchet ou sous-produit, évitant la pollution secondaire de l’environnement. PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DES EAUX USÉES CONTENANT DU MANGANÈSE DOMAINE La présente divulgation appartient au domaine du traitement des eaux usées, et se rapporte spécifiquement à un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse. ARRIÈRE-PLAN Environ 60% des ressources continentales de nickel sont sous forme de minerai de nickel latéritique. Avec la demande croissante de nickel pour l’acier inoxydable et les énergies renouvelables, le minerai de nickel latéritique est progressivement devenu la principale forme d’approvisionnement des ressources de nickel grâce à ses réserves relativement abondantes et à sa faible difficulté d’exploitation minière. Le processus de fusion de minerai de nickel latéritique comprend le procédé pyrométallurgique et le procédé hydrométallurgique. Généralement, le procédé pyrométallurgique convient au minerai de nickel de type silicium-magnésium avec une teneur en nickel relativement élevée, et le procédé hydrométallurgique convient au minerai de nickel de type limonite avec une teneur en nickel relativement faible. Parmi les processus hydrométallurgiques, la lixiviation acide à haute pression (HPAL) donne un taux de récupération de nickel et de cobalt plus élevé que la lixiviation à l’ammoniac et la lixiviation acide à pression atmosphérique, et domine ainsi la direction de développement des processus hydrométallurgiques. Cependant, la lixiviation acide à haute pression (HPAL) est compliquée, et les eaux usées de solution stérile produites à partir d’un tel processus nécessitent également un traitement compliqué. Le processus de production d’hydroxyde de nickel-cobalt (MHP) par la lixiviation acide à haute pression (HPAL) de minerai de nickel latéritique générera des eaux usées de solution stérile. Les eaux usées de solution stérile sont conventionnellement traitées par des processus comprenant un procédé de précipitation de lait de chaux, un procédé d’adsorption microélectronique et un procédé d’oxydation avec des oxydants. La précipitation de lait de chaux produit une grande quantité de mélange de sulfate de calcium et d’hydroxyde de manganèse qui est difficile à recycler. Le procédé d’oxydation avec des oxydants et le procédé d’adsorption microélectronique introduisent des ions d’impuretés, augmentant le coût du traitement de l’eau, et l’extraction utilisant des agents d’extraction provoque une pollution secondaire. Par conséquent, le développement d’un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse sans introduire d’autres ions d’impuretés est une tâche urgente à l’heure actuelle. RÉSUMÉ La présente divulgation vise à résoudre au moins l’un des problèmes techniques des techniques existantes. À cet effet, la présente divulgation fournit un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse, qui permet de récupérer des métaux précieux sans introduire d’ions d’impuretés, réduisant ainsi le coût du traitement de l’eau et atteignant les normes de rejet des eaux usées. La présente divulgation fournit en outre l’utilisation du procédé décrit ci-dessus pour traiter les eaux usées contenant du manganèse dans les eaux usées de solution stérile provenant de la lixiviation acide à haute pression de minerai de nickel latéritique pour produire de l’hydroxyde de nickel-cobalt. Selon le premier aspect de la présente divulgation, le procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse comprend les étapes : d’ajustement du pH des eaux usées contenant du manganèse à l’alcalinité avec une solution alcaline pour obtenir un mélange, d’oxydation du mélange dans une tour d’oxydation à l’air ; et de réalisation d’une séparation solide-liquide ; où la tour d’oxydation à l’air a un rapport hauteur-diamètre allant de 4 à 8, la tour d’oxydation à l’air est munie d’un garnissage, le garnissage a une densité allant de 0,9 à 1,2 g/ml, et les eaux usées de solution stérile comprennent du manganèse soluble, du nickel soluble et du cobalt soluble. Selon un mode de réalisation de la présente divulgation, le procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse a au moins les effets bénéfiques suivants. 1. La tour d’oxydation à l’air de la présente divulgation peut remplacer un additif oxydant pour l’oxydation. La tour d’oxydation à l’air peut utiliser pleinement l’oxygène dans l’air avec un rapport hauteur-diamètre allant de 4 à 8 ; améliore l’efficacité d’oxydation et réduit le coût d’oxydation ; permettant la récupération du manganèse métallique et du nickel et du cobalt métalliques résiduels sans introduire d’autres ions d’impuretés à l’exception d’une solution alcaline. 2. Le garnissage chargé dans la tour avec une densité proche de celle de l’eau roule avec la fluctuation de l’eau lors de l’écoulement des eaux usées contenant du manganèse, ce qui peut augmenter considérablement la surface de contact entre l’air et l’eau, et peut également éviter l’échec de l’agitation des sédiments dans le garnissage, ce qui amènerait les sédiments à bloquer progressivement le garnissage et entraînerait en outre l’échec de l’écoulement d’eau pour retirer les sédiments de la tour. 3. La présente divulgation maximise le recyclage des métaux précieux sans introduire d’autres produits chimiques, et permet aux eaux usées de solution stérile d’atteindre les normes de rejet. Le procédé est efficace, simple et rentable, élimine l’introduction d’autres ions d’impuretés et ne génère aucun déchet ou sous-produit, maximisant ainsi la récupération des métaux précieux et permettant aux eaux usées de répondre aux normes de rejet en même temps, ce qui permet d’éviter la pollution secondaire de l’environnement. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, les eaux usées contenant du manganèse comprennent des eaux usées de solution stérile provenant de la lixiviation acide à haute pression de minerai de nickel latéritique pour produire de l’hydroxyde de nickel-cobalt. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le pH est compris entre 8,5 et 9. Dans la solution stérile avec un tel pH, les éléments, y compris le manganèse, le nickel et le cobalt sont précipités en hydroxyde, ce qui est commode pour la récupération et évite le gaspillage d’une solution alcaline. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la solution alcaline comprend une solution d’hydroxyde de sodium. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le rapport volumique du taux d’aération de la tour d’oxydation à l’air sur le débit des eaux usées contenant du manganèse est de 15 à 20 : 1. Un tel taux d’aération garantit l’occurrence de la réaction d’oxydation et évite la diminution de l’efficacité de réaction. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, l’oxydation est réalisée pendant 30 à 60 min. La condition décrite ci-dessus permet l’oxydation des ions manganèse en un métahydroxyde de manganèse et une précipitation de dioxyde de manganèse. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la séparation solide-liquide est réalisée dans un bassin de décantation. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le procédé comprend la récupération des métaux après la séparation solide-liquide. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la séparation solide-liquide est réalisée avec une combinaison d’un bassin de sédimentation, d’un bassin de filtration sur sable et d’un filtre microporeux. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, le filtre microporeux comprend un élément filtrant ayant une taille de pores ≤ 0,5 μm. Le dispositif de filtration fine composé du bassin de filtration sur sable et du filtre microporeux sépare davantage les flocules qui n’ont pas décanté dans les eaux usées. Selon certains modes de réalisation de la présente divulgation, la filtration comprend en outre le lavage à contre-courant du bassin de filtration sur sable et du filtre microporeux. Le bassin de filtration sur sable et le filtre microporeux auront une pression accrue après une période de filtration, et nécessiteront ainsi un lavage à contre-courant. Les substances éliminées par le lavage à contre-courant sont principalement des précipités contenant des sels métalliques, et l’eau de lavage à contre-courant est envoyée dans un système de récupération de métaux. Le mécanisme du procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse fourni par la présente divulgation est comme suit : Les eaux usées de solution stérile sont ajustées avec une solution alcaline à un pH se trouvant dans la plage allant de 8,5 à 9, pour permettre aux éléments tels que le nickel et le cobalt dans la solution stérile de précipiter en hydroxyde. Les eaux usées à pH ajusté sont oxydées à travers une tour d’oxydation à l’air. Après l’oxydation des eaux usées à travers la tour d’oxydation à l’air, les ions manganèse dans les eaux usées sont précipités en métahydroxyde de manganèse et en dioxyde de manganèse. Les eaux usées oxydées sont soumises à une séparation liquide-solide, les précipités étant pompés dans le système de récupération de métaux pour le recyclage. Mn 2+ +2OH - = Mn(OH) 2 ↓ 4Mn(OH) 2 +O 2 = 4MnO(OH)+2H 2 O Le surnageant provenant de la séparation solide-liquide passe successivement à travers le dispositif de filtration fine composé du bassin de filtration sur sable et du filtre microporeux, pour séparer davantage les flocules qui n’ont pas décanté dans les eaux usées. Le bassin de filtration sur sable et le filtre microporeux auront une pression accrue après une période de filtration, et nécessiteront ainsi un lavage à contre-courant. Les substances éliminées par le lavage à contre-courant sont principalement des précipités contenant des sels métalliques, et l’eau de lavage à contre-courant est envoyée dans un système de récupération de métaux. Les eaux usées de solution stérile traitées comme ci-dessus peuvent être rejetées conformément aux normes. L’utilisation du procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse selon un mode de réalisation de la présente divulgation, dans les eaux usées de solution stérile provenant de la lixiviation acide à haute pression de minerai de nickel latéritique pour produire de l’hydroxyde de nickel-cobalt, a au moins les effets bénéfiques suivants. La solution stérile provenant de la lixiviation acide à haute pression (HPAL) de minerai de nickel latéritique pour la production de MHP contient les éléments aux teneurs indiquées dans le tableau 1. Compositions et Teneurs des Eaux Usées de Solution Stérile provenant de la Lixiviation Acide à Haute Pression (HPAL) de Minerai de Nickel Latéritique pour la Production de MHP Compositions Ni Co Mn Zn Na Mg SO 4 2- SS COD PH Teneur, mg/L 3-10 0,3-1,0 500-2000 8-9 Tableau 1 Teneur en Éléments dans la Solution Stérile On peut voir d’après le tableau ci-dessus que l’élément ayant la teneur la plus élevée dans les eaux usées de solution stérile est Mn. Les aspects et avantages ci-dessus et/ou supplémentaires de la présente divulgation deviendront évidents et seront facilement compris à partir de la description suivante des exemples conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels : est un organigramme montrant un processus de récupération de métaux précieux dans l’exemple 1 selon la présente divulgation. est un dessin schématique de la tour d’oxydation à l’air dans l’exemple 1 de la présente divulgation. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Ci-après, les exemples de la présente divulgation seront décrits en détail. Ces exemples sont illustrés dans les dessins annexés où des numéros de référence identiques ou similaires font référence à des éléments identiques ou similaires, ou à des éléments ayant des fonctions identiques ou similaires. Ces exemples en référence aux dessins annexés sont donnés à titre d’exemple et uniquement pour l’explication de la présente divulgation, et ne devraient pas être interprétés comme une limitation de la présente divulgation. Exemple 1 Cet exemple divulgue un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse, qui comprend les étapes suivantes. S1 : 2000 mL d’une solution brute (eaux usées de solution stérile), avec une teneur en élément Mn de 1980 mg/L et un pH = 6,85, ont été ajustés avec de l’hydroxyde de sodium à un pH de 8,5, et oxydés à travers une tour d’oxydation à l’air de 5 L avec un rapport hauteur-diamètre de 5 chargée de garnissage (garnissage PE), à un taux d’aération de 15 à 20 fois celui des eaux usées pour un temps d’aération de 30 min. S2 : Les eaux usées de solution brute oxydées dans l’étape S1 ont été soumises à une sédimentation. Ensuite, le surnageant est passé successivement à travers un bassin de filtration sur sable et un filtre microporeux. En conséquence, la concentration de Mn dans la solution a diminué à 0,5 mg/L (le taux d’élimination était de 99,97%), ce qui a atteint les normes de rejet des eaux usées. Le précipité a été filtré et séché pour obtenir 6,1 g de scories sèches, qui peuvent être utilisées pour récupérer des métaux tels que Mn. L’organigramme montrant le procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse est illustré dans la . Le dessin schématique de la tour d’oxydation à l’air est représenté dans la . Exemple 2 Cet exemple divulgue un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse qui comprend les mêmes étapes que celles de l’exemple 1, sauf que le garnissage dans cet exemple était du gravier volcanique. S1 : 2000 mL d’une solution brute (eaux usées de solution stérile), avec une teneur en élément Mn de 1980 mg/L et un pH = 6,85, ont été ajustés avec de l’hydroxyde de sodium à un pH de 8,5, et oxydés à travers une tour d’oxydation à l’air de 5 L avec un rapport hauteur-diamètre de 5 chargée de garnissage (gravier volcanique), à un taux d’aération de 15 à 20 fois celui des eaux usées pour un temps d’aération de 30 min. S2 : Les eaux usées de solution brute oxydées dans l’étape S1 ont été soumises à une sédimentation. Ensuite, le surnageant est passé successivement à travers un bassin de filtration sur sable et un filtre microporeux. En conséquence, la concentration de Mn dans la solution a diminué à 0,51 mg/L (le taux d’élimination était de 99,97%), ce qui a atteint les normes de rejet des eaux usées. Le précipité a été filtré et séché pour obtenir 6,2 g de scories sèches, qui peuvent être utilisées pour récupérer des métaux tels que Mn. Exemple 3 Cet exemple divulgue un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse qui comprend les mêmes étapes que celles de l’exemple 1, sauf que le rapport hauteur-diamètre dans cet exemple était de 8. S1 : 2000 mL d’une solution brute (eaux usées de solution stérile), avec une teneur en élément Mn de 1980 mg/L et un pH = 6,85, ont été ajustés avec de l’hydroxyde de sodium à un pH de 8,5, et oxydés à travers une tour d’oxydation à l’air de 5 L avec un rapport hauteur-diamètre de 8 chargée de garnissage (garnissage PE), à un taux d’aération de 15 à 20 fois celui des eaux usées pour un temps d’aération de 30 min. S2 : Les eaux usées de solution brute oxydées dans l’étape S1 ont été soumises à une sédimentation. Ensuite, le surnageant est passé successivement à travers un bassin de filtration sur sable et un filtre microporeux. En conséquence, la concentration de Mn dans la solution a diminué à 0,49 mg/L (le taux d’élimination était de 99,97%), ce qui a atteint les normes de rejet des eaux usées. Le précipité a été filtré et séché pour obtenir 6 g de scories sèches, qui peuvent être utilisées pour récupérer des métaux tels que Mn. Exemple 4 Cet exemple divulgue un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse qui comprend les mêmes étapes que celles de l’exemple 1, sauf que le rapport hauteur-diamètre de cet exemple était de 4. S1 : 2000 mL d’une solution brute (eaux usées de solution stérile), avec une teneur en élément Mn de 1980 mg/L et un pH = 6,85, ont été ajustés avec de l’hydroxyde de sodium à un pH de 8,5, et oxydés à travers une tour d’oxydation à l’air de 5 L avec un rapport hauteur-diamètre de 4 chargée de garnissage (garnissage PE), à un taux d’aération de 15 à 20 fois celui des eaux usées pour un temps d’aération de 30 min. S2 : Les eaux usées de solution brute oxydées dans l’étape S1 ont été soumises à une sédimentation. Ensuite, le surnageant est passé successivement à travers un bassin de filtration sur sable et un filtre microporeux. En conséquence, la concentration de Mn dans la solution a diminué à 0,51 mg/L (le taux d’élimination était de 99,97%), ce qui a atteint les normes de rejet des eaux usées. Le précipité a été filtré et séché pour obtenir 6 g de scories sèches, qui peuvent être utilisées pour récupérer des métaux tels que Mn. Exemple comparatif 1 Cet exemple comparatif divulgue un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse qui diffère de l’exemple 1 par la réduction du rapport hauteur-diamètre de la tour de réaction (le rapport hauteur-diamètre a été réduit de 5 à 1,5). Le procédé comprend les étapes suivantes. S1 : 2000 mL d’une solution brute (eaux usées de solution stérile), contenant un élément Mn à 1980 mg/L et avec un pH = 6,85, ont été ajustés avec de l’hydroxyde de sodium à un pH de 8,5, et oxydés à travers une tour d’oxydation à l’air de 5 L chargée de garnissage (garnissage PE), à un taux d’aération de 15 à 20 fois celui des eaux usées pour un temps d’aération de 30 min. S2 : Les eaux usées de solution brute oxydées dans l’étape S1 ont été soumises à une sédimentation. Ensuite, le surnageant est passé successivement à travers un bassin de filtration sur sable et un filtre microporeux. En conséquence, la concentration de Mn dans la solution a diminué à 311 mg/L (le taux d’élimination était de 85,33%), ce qui ne répondait pas aux normes de rejet des eaux usées. Exemple comparatif 2 Cet exemple comparatif divulgue un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse qui diffère de l’exemple 1 par le fait que le garnissage était des sables de quartz. Le procédé comprend les étapes suivantes. S1 : 2000 mL d’une solution brute, contenant un élément Mn à 1980 mg/L et avec un pH = 6,85, ont été ajustés avec de l’hydroxyde de sodium à un pH de 8,5, et oxydés à travers une tour d’oxydation à l’air de 5 L avec un rapport hauteur-diamètre de 5 chargée de garnissage (sables de quartz), à un taux d’aération de 15 à 20 fois celui des eaux usées pour un temps d’aération de 30 min. S2 : Les eaux usées oxydées ont été soumises à une sédimentation. Ensuite, le surnageant est passé successivement à travers un bassin de filtration sur sable et un filtre microporeux. En conséquence, la concentration de Mn dans la solution était de 2 mg/L. Le précipité a été filtré et séché pour obtenir 2,8 g de scories sèches. Par rapport à l’exemple 1, l’exemple comparatif 2 utilisait des sables de quartz qui étaient un garnissage plus lourd, entraînant un taux d’élimination de Mn plus élevé, mais les scories sèches produites étaient de 2,8 g ce qui était bien inférieur à 6,1 g dans l’exemple 1, à mesure que la plus grande partie du précipité a été laissée à l’intérieur de la tour d’oxydation à l’air en raison de la filtration par les sables de quartz, ce qui a augmenté le risque de colmatage de la tour d’oxydation à l’air et n’a pas été propice à la récupération de Mn. Exemple comparatif 3 Cet exemple comparatif divulgue un procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse qui diffère de l’exemple 1 par l’absence d’ajout de garnissage. Le procédé comprend les étapes suivantes. S1 : 2000 mL d’une solution brute, contenant un élément Mn à 1980 mg/L et avec un pH = 6,85, ont été placés dans une cuve de 5 L avec un rapport hauteur-diamètre de 5, ajustés avec de l’hydroxyde de sodium à un pH de 8,5, et oxydés à un taux d’aération de 15 à 20 fois celui des eaux usées pour un temps d’aération de 30 min. S2 : Les eaux usées oxydées ont été soumises à une sédimentation. Ensuite, le surnageant est passé successivement à travers un bassin de filtration sur sable et un filtre microporeux. En conséquence, la concentration de Mn dans la solution était de 420 mg/L (le taux d’élimination était de 78,79%), ce qui ne répondait pas aux normes de rejet des eaux usées. Par rapport à l’exemple 1, la cuve utilisée dans l’exemple comparatif 3 était exempte de garnissage. Une telle aération directe avait des effets médiocres, entraînant une quantité moindre de scories et une partie de métal n’a pas été oxydée en précipités, donc les eaux usées n’ont pas répondu aux normes de rejet des eaux usées. Les modes de réalisation de la présente divulgation ont été décrits en détail ci-dessus conjointement avec les dessins. Cependant, la présente divulgation n’est pas limitée aux modes de réalisation susmentionnés, et diverses modifications peuvent être apportées sans s’écarter de l’objectif de la présente divulgation dans le cadre des connaissances possédées par l’homme du métier. Procédé de traitement des eaux usées contenant du manganèse, comprenant : l’ajustement du pH des eaux usées contenant du manganèse à l’alcalinité avec une solution alcaline pour obtenir un mélange, l’oxydation du mélange dans une tour d’oxydation à l’air ; et la réalisation d’une séparation solide-liquide ; dans lequel la tour d’oxydation à l’air a un rapport hauteur-diamètre allant de 4 à 8, la tour d’oxydation à l’air est munie d’un garnissage, le garnissage a une densité allant de 0,9 à 1,2 g/ml, et les eaux usées contenant du manganèse comprennent du manganèse soluble, du nickel soluble et du cobalt soluble. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les eaux usées contenant du manganèse comprennent des eaux usées de solution stérile provenant de la lixiviation acide à haute pression de minerai de nickel latéritique pour produire de l’hydroxyde de nickel-cobalt. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le pH est compris entre 8,5 et 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la solution alcaline comprend une solution d’hydroxyde de sodium. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un rapport volumique du taux d’aération de la tour d’oxydation à l’air sur le débit des eaux usées contenant du manganèse est de 15 à 20 : 1. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’oxydation est réalisée pendant 30 à 60 min. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la séparation solide-liquide est réalisée avec une combinaison d’un bassin de sédimentation, d’un bassin de filtration sur sable et d’un filtre microporeux. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le filtre microporeux comprend un élément filtrant ayant une taille de pores ≤ 0,5 μm.