Évaluation technico-économique du procédé hydrométallurgique

1.4.4.1 Procédé de décontamination

Ce projet de doctorat a permis de tester à l’échelle pilote l’efficacité d’un procédé hydrométallurgique permettant l’enlèvement simultané des métaux, du PCP et des PCDD/F d’un site contaminé. Le schéma complet du procédé de décontamination des sols a été présenté à la

Figure 3.3b du Chapitre 3. Le procédé hydrométallurgique consiste à appliquer un procédé d’attrition (traitement physique) en mode contre-courant avec recirculation des effluents pour traiter les fractions grossières (> 0,250 mm) des sols contaminés, qui représentent 87 % (p/p) du sol entier et un procédé de lixiviation basique en mode contre-courant pour décontaminer les fractions fines des boues d’attrition (< 0,250 mm) générées par le procédé d’attrition. Ces fractions fines représentent 13 % (p/p) du sol en entier.

Le procédé d’attrition, appliqué aux fractions grossières du sol (> 12 mm, 4–12 mm, 1–4 mm, 0,250–1 mm) consiste en l’application de cinq étapes d’attrition (t = 20 min, T = 25°C, [BW] = 2 % (p/p) et la densité de pulpe (DP) = 40 % (p/p), suivies d’une étape de rinçage (eau propre, (DP) = 40 % (p/p, T = 25°C) (Guemiza et al.,2017). Celui-ci génère des boues d’attrition qui sont séparées de la pulpe et du sol traité par attrition en utilisant différents tamis dépendamment de la taille de la fraction à traiter, puis par floculation-décantation (Figure 3.3, Chapitre 3). Les boues d’attrition (> 0,250 mm) ont été retraitées avec les fractions grossières (> 0,250 mm) du sol, tandis que les boues d’attrition (< 0,250 mm) ont été traitées par lixiviation basique. Pour l’attrition en mode contre-courant (CCAP), 10 boucles d’attrition (L1 à L10) ont été effectuées en utilisant 40 kg de fractions grossières (> 0,250 mm), où 4 kg de sol ont été utilisés pour chacune des boucles (Figure 3.1, Chapitre 3). Comme mentionné par Guemiza et al. (2017), les effluents issus de la première étape d’attrition ont été traités par floculation-coagulation avant d’être recirculés dans la 4ème _{étape d’attrition des boucles. Les effluents issus des autres étapes}

d’attrition ont été recirculés afin de réduire la consommation en eau. Le sol collecté à la fin de chaque boucle d’attrition (cinq étapes d’attrition) a été séché dans un four à 60°C. Les concentrations en métaux et PCDD/F ont été mesurées pour évaluer les performances du CCAP. Dans cette étude le PCP après traitement par attrition n’a pas été suivi car les concentrations initiales en PCP étaient faibles, allant de 0,30 à 0,40 mg.kg-1 _{pour les fractions grossières}

(> 0,250 mm). Pour le procédé de lixiviation en mode contre-courant (CCLP) (Figure 3.2, Chapitre 3), un total de cinq boucles a été réalisé (L1 à L5). Chaque boucle de lixiviation comprend trois étapes de lavage ([NaOH = 0,85 M, [BW] = 3 % (p/p), DP = 10 % (p/p) et T = 80 ± 7°C), suivies par deux étapes de rinçage (eau propre, DP = 10 % (g/g), T = 20°C. Après chaque étape de lixiviation, les fractions solides et liquides ont été séparées par centrifugation. Le procédé de lixiviation génère une grande quantité d’effluents chargés en contaminants organiques (PCP, PCDD/F et inorganiques (As, Cr, Cu). Les lixiviats issus de la première étape de lixiviation (Lix 1) ont été traités par précipitation puis adsorption sur charbon actif, puis déversés dans les réseaux d’égout. Les lixiviats issus des autres étapes de lixiviation sont recirculés dans les autres boucles de lixiviation. Pour les fractions fines (< 0,250 mm) du sol, qui ne représentent que 13 % de la totalité du sol, elles ont été gérées directement comme étant des MRD, étant donné que les teneurs initiales en PCDD/F étaient très élevées (30 110 ng TEQ/kg).

1.4.4.2 Évaluation technico-économique du procédé de décontamination

L’évaluation technico-économique a été effectuée au terme des essais menés à l’échelle pilote, ceci afin de cibler le procédé de décontamination le plus performant, d’un point de vue économique et environnemental, pour le traitement des sols contaminés par des métaux, du PCP et des PCDD/F. Pour cette étude, un progiciel a été développé pour évaluer les coûts d’exploitation de la filière de décontamination sous différentes conditions d’opération et de marché. Ce modèle technico-économique comprend plus de 260 variables d’entrée permettant de définir les caractéristiques du sol, les étapes de traitement, les paramètres de marché et d’exploitation, les paramètres de capitalisation, les paramètres opératoires, etc. Une fois définis, les paramètres d’entrée ont été utilisés pour établir les bilans massiques et volumiques, le dimensionnement des équipements, le coût d’acquisition des équipements, les coûts en capitaux, les coûts en main d’œuvre, les coûts en produits chimiques, les coûts en électricité et en carburant, les coûts de gestion (transport et disposition) des sous-produits et extrants du procédé et les autres coûts directs (entretien et réparation, matériaux courants, frais de laboratoire, brevets et redevances, etc.). Ce modèle a été utilisé pour évaluer deux scénarios de décontamination différents. Ces scénarios ont été envisagés dans les conditions de fonctionnement les plus similaires possibles, mais pour deux options de traitement différents. Ils

ont été présentés dans la Figure 3.3 du Chapitre 3. Le scénario 1, consiste à traiter les fractions grossières (> 0,250 mm) du sol par attrition et à gérer les fractions fines (< 0,250 mm) du sol ainsi que les boues d’attrition (< 0,250 mm) comme des MRD (Figure 3.3a, Chapitre 3). Le scénario 2 quant à lui consiste à traiter les fractions grossières (> 0,250 mm) du sol par attrition, les boues d’attrition (< 0,250 mm) par lixiviation basique et à gérer les fractions fines (< 0,250 mm) du sol comme des MRD (Figure 3.3b, Chapitre 3).

Avant d’établir les deux scénarios, un test préliminaire de lixiviation basique a été effectué sur les fractions fines (< 0,250 mm) du sol S3 en appliquant les mêmes conditions de lixiviation que celles des boues d’attrition, à savoir, trois étapes de lavage ([NaOH = 0,85 M, [BW] = 3 % (p/p), DP = 10 % (p/p) et T = 80 ± 7°C), suivies par deux étapes de rinçage (eau propre, DP = 10 % (g/g), T = 20°C). Les résultats ont montré que malgré un rendement d’enlèvement de 37,5 % de PCDD/F, la lixiviation basique n’était pas assez efficace pour réduire les niveaux de PCDD/F (18 815 ng TEQ/kg) en dessous du seuil réglementaire pour l’enfouissement (critère D = 5 000 ng TEQ/kg). En effet, les teneurs initiales en PCDD/F (30 110 ng TEQ/kg)dans les fractions fines (< 0,250 mm) du sol étaient 2,3 fois supérieures à celles des boues d’attrition (< 0,250 mm). Par conséquent, quel que soit le scénario appliqué (scénario 1 ou 2), la fraction fine (< 0,250 mm) du sol doit être gérée comme une MRD.

Les paramètres de marché et d’exploitation ainsi que les paramètres de capitalisation du modèle technico-économique ont été présentés dans le Tableau 3.2 du Chapitre 3. Tous les scénarios tiennent compte d’une usine fixe ayant une capacité de traitement de 24 tst/j, ainsi que d’une période de traitement de 350 j/an à raison de 24 h/j. Les coûts directs et indirects ($ CAN/tst) liés aux traitements des sols contaminés par des métaux, du PCP et des PCDD/F ont été présentés dans le Tableau 3.3 du Chapitre 3, tandis que les estimations des coûts nets liés aux traitements du site contaminé pour les deux scénarios, ont été présentées dans le Tableau 3.7 du Chapitre 3.