Selon un mode de mise en œuvre spécifique, la désulfatation peut être réalisée par filtration sur des membranes de nanofiltration, d’osmose inverse ou par évaporation. Dans le cadre de cet article, nous allons nous intéresser aux problèmes d’une industrie minière relatifs à la gestion d’une lagune et au recyclage d’ERI vers le procédé de concentration du minerai par voie humide. Degrémont propose un système original de désulfatation des eaux sur membranes de nanofiltration. Cette technique qui permet d’augmenter les performances de la nanofiltration et de limiter les pertes en eau peut, bien entendu, être généralisée à d’autres problèmes de désulfatation.
On connaît à l'heure actuelle divers procédés de désulfatation. On en rappellera ci-après les principaux avec les inconvénients qui leur sont associés :
- * La précipitation de sels de sulfate peu solubles qui sont séparés des eaux traitées par décantation ou filtration. L’inconvénient réside dans l’utilisation de réactifs coûteux en vue de réduire la teneur en sulfate en deçà de la solubilité du sulfate de calcium.
- * L’échange d’ions sur résines. L’inconvénient réside dans la consommation de réactifs chimiques et la production d’éluats de régénération.
- * La filtration sur des membranes de nanofiltration ou d’osmose inverse. Il reste néanmoins un concentrat qui peut représenter 10 à 30 % du débit à traiter.
- * L’évaporation quant à elle demande une consommation énergétique non négligeable et il y a production d’une saumure.
Degrémont s’est orienté vers un procédé de désulfatation qui concerne principalement des eaux saturées en sulfate de calcium contenant de 1,3 à 3,5 g/l de sulfate.
Pour y parvenir, on rencontre les étapes successives suivantes :
- a) Conditionnement des eaux préalablement clarifiées à l'aide d'un produit chimique inhibiteur de la précipitation du sulfate de cal-
[Figure : Circuit fermé avec recyclage du concentrat de la nanofiltration]
a) cium, suivi d'une filtration. L'inhibiteur de précipitation est choisi dans le groupe comprenant les phosphonates, polyacrylates et polycarboxylates, consistant en un recyclage de la fraction concentrée en tête de l'étape de clarification.
b) Désulfatation de l'eau par filtration sur des membranes de nanofiltration. Il y a alors concentration des sels de sulfate en sursaturation dans une fraction du débit représentant 10 à 50 % du débit d'eau à traiter.
c) Destruction de l'inhibiteur de précipitation à l'aide d'un métal trivalent par exemple. Puis précipitation du sulfate de calcium.
Il est possible de prévoir une étape supplémentaire préalable consistant en une neutralisation par apport de calcium pour atteindre le produit de solubilité du sulfate de calcium. Cette neutralisation est alors suivie d'une étape de clarification. De même, on peut prévoir une étape supplémentaire finale consistant en un recyclage de la fraction concentrée en tête de l'étape de clarification.
[Figure : Production d'eau dessalée par nanofiltration]
Exemple d'application
L'exemple se porte sur le traitement d'effluents d'industrie minière. Cette industrie est grande consommatrice d'eau de process notamment au niveau des ateliers de traitement du minerai.
Dans le cas précis, les ateliers utilisent deux sources d'eaux :
* eau de surface
* eau de lagune
Les deux sources sont vitales pour l'activité de la mine mais sont soumises à des contraintes climatiques.
Aussi dans ce cas, l'objectif est d'une part de s'affranchir de l'alimentation en eau de surface et d'autre part de contrôler le volume dans la lagune.
À noter que cette lagune reçoit les eaux issues des ateliers de traitement du minerai, préalablement neutralisées. Le rejet de l'eau de la lagune dans le milieu naturel est donc interdit.
Degrémont propose alors de traiter l'eau de cette lagune afin d'en faire l'unique source d'eau d'alimentation des ateliers. L'eau
[Photo : Circuit ouvert avec traitement et rejet du concentrat de la nanofiltration]
brute présente les caractéristiques ci-après :
- • conductivité : 7 mS/cm
- • calcium : 725 mg/l
- • sulfates : 2 200 mg/l
- • turbidité : 0,25 NTU
- • pH : 7 à 9
Cette eau est préalablement clarifiée puis filtrée sur sable.
On procède ensuite à une acidification puis au conditionnement à l'aide d’un inhibiteur de précipitation du sulfate de calcium.
L'eau ainsi conditionnée est ensuite filtrée sur membrane de nanofiltration.
Dans le cas présent, les conditions de fonctionnement sont :
- • pression : 7 bar
- • taux de conversion : 66 %
La désactivation de l'inhibiteur de précipitation est réalisée à l'aide de 16 mg/l de fer ferrique dans le concentrat.
Après une heure de réaction, la teneur en polymère soluble est inférieure au seuil de détection de la méthode d’analyse, soit 0,2 mg/l. La teneur en sulfate de calcium soluble est voisine, à 5 % près, de la solubilité théorique du sulfate de calcium.
Il est ensuite possible de travailler en circuit fermé avec recyclage du concentrat de l'étape de nanofiltration ou en circuit ouvert avec traitement et rejet du concentrat.
Les caractéristiques du perméat et du concentrat sont :
Perméat
- • débit : 66 % du débit d'alimentation
- • conductivité : 5 mS/cm
- • calcium : 100 mg/l
- • sulfates : 100 mg/l
- • turbidité : 0,2 NTU
Concentrat
- • débit : 34 % du débit d'alimentation
- • conductivité : 12,5 mS/cm
- • calcium : 2 150 mg/l
- • sulfates : 6 600 mg/l
- • turbidité : 0,35 NTU
Conclusion
Parmi les avantages du procédé de désulfatation par nanofiltration, on peut citer notamment les caractéristiques suivantes :
- • faible coût d’exploitation en réactifs ;
- • élimination des sulfates sous forme de boues de sulfate de calcium pouvant être facilement déshydratées ;
- • possibilité d’approcher « le zéro rejet ».
Ce procédé de désulfatation n'est pas limité au seul exemple de l'industrie minière mais englobe toutes les eaux saturées en sulfates de calcium, les eaux riches en sulfate de sodium, en sulfate de potassium ou en acide sulfurique contenant plus de 1,3 g/l de sulfate.
