Principe de la désulfuration environnementale

La désulfuration a pour objectif principal la récupération de toute source potentielle de DMA et plus précisément les sulfures (Benzaazoua et al., 2000). Ce procédé permet d’obtenir une fraction non génératrice d’acidité ayant un potentiel de neutralisation (PN) supérieur à son potentiel d’acidification (PA) et une deuxième fraction caractérisée par un PA élevé, comme le montre la Figure 2.1.

Figure 2.1 : Fractions générées par la désulfuration (Bois et al., 2005)  Potentiel d’acidification (PA)

Le PA est une mesure de l’acidité totale pouvant être générée par un échantillon suite à l’oxydation des minéraux sulfureux et plus précisément la pyrite et la pyrrhotite. Le PA est exprimé en équivalents kg calcite par tonne selon la formule :

PA (kg CaCO3/t) = 𝑀CaCO3

𝑀𝑆 = 10 x

100 g/mol

32 g/mol = 31,25 x % S total [2.1]

Certaines méthodes vont seulement considérer le S sulfures qui est le résultat de la différence entre le S total et le S sulfates. Ce calcul considère que les sulfures vont se comporter comme la pyrite, ce qui mène à avoir des résultats sous-estimés ou surestimés vu que les sulfures ne génèrent pas toujours la même acidité que la pyrite (Bouzahzah, 2013).

 Potentiel de neutralisation (PN)

Le PN est une mesure de tout l’acide pouvant être consommé par un échantillon et il est exprimé en équivalents de CaCO3/tonne de matériel. Les principales sources de PN dans les matériaux géologiques sont les carbonates, silicates ainsi que les hydroxydes (Bouzahzah, 2013). Le calcul de PN peut se faire à l’issue des analyses chimiques et plus précisément les résultats d’analyse du carbone total en faisant l’hypothèse que tous les carbonates réagissent comme la calcite et en se référant à la formule suivante :

PN (kg CaCO3/t) = 𝑀CaCO3

𝑀𝐶 = 10 X

100 g/mol

Or dans certains cas, ce calcul donnera des valeurs de PN surestimées en présence d’autres sources de C (graphite, Corg).

Un autre test chimique statique pour la détermination du PN, très populaire en Amérique pour les industries minières, est la méthode de Sobek et al., (1978). La première étape du test consiste à ajouter quelques gouttes d’HCl à environ 1 à 2 grammes d’échantillon pour évaluer visuellement l’effervescence et par conséquent, la réactivité des neutralisants (absent, faible, moyen, fort). À la suite de cette étape (test de Fizz), l’échantillon est placé dans un erlenmeyer avec un volume d’eau déionisée et un volume d’HCl fixé par le test de Fizz, puis chauffé jusqu’à ce que les bulles formées lors de l’ajout de HCl s’estompent. Une fois refroidie, la solution est titrée avec du NaOH jusqu’à un pH final de 7.0 pour évaluer l’acidité restante et ainsi déterminer le PN selon l’équation suivante (Bouzahzah et al., 2015; Sobek et al., 1978).

PN (Kg CaCO3/t ) =

[(N HCl X VHcl ) – (N NaOH X V NaOH )] X 50

m [2.3]

Où : N HCl et N NaOH sont respectivement les molarités de HCl et NaOH; VHCl et VNaOH sont respectivement les volumes (mL) ajoutés de HCl et NaOH pour atteindre pH 7 et m est la masse de l’échantillon (g).

Il existe également d’autres méthodes de calcul qui prennent en considération les analyses minéralogiques (Kwong, 1993; Lappako, 1994; Lawrence et Scheske, 1997). Le calcul du PN est plus réaliste dans ce cas à condition d’obtenir une analyse minéralogique très précise.

Pour évaluer le potentiel de génération d’acide d’un échantillon, deux critères sont utilisés :  Critère d’évaluation basé sur le potentiel net de neutralisation (PNNcarb et PNN Sobek)  Critère du ratio de potentiel de neutralisation RPN (RPNcarb et RPN Sobek)

Un exemple de classification est présenté dans le Tableau 2.1 en se référant à l’étude de Miller et al., (1991), ABA de Sobek et al., (1978) pour le PNN, et celle de Adam et al., (1997) pour Sobek et al., (1978) pour le RPN.

Tableau 2.1 : Critères d'évaluation du potentiel de génération de l'acide Miller et al. (1991), ABA de Sobek et al. (1978)

PNN (kg CaCO3/t)<-20 Générateur d’acide -20<PNN (kg CaCO3/t)<20 Incertain

PNN (kg CaCO3/t)>20 Non générateur d’acide Adam et al. (1997) pour Sobek et al. (1978)

RPN <1 Générateur d’acide 1<RPN<2,5 Incertain

RPN>2,5 Non générateur d’acide

La flottation est parmi les méthodes les plus utilisées pour réaliser la désulfuration environnementale. Elle permet de concentrer les sulfures et par conséquent de produire une fraction très génératrice d’acidité. Cette fraction est flottée grâce à une modification des propriétés de surface des particules, en jouant sur le caractère hydrophobe ou hydrophile des sulfures à flotter (Benzaazoua et al., 2000).

En effet, une fois que le résidu est broyé, certains réactifs chimiques sont ajoutés afin de s’adsorber à la surface de certains minéraux pour assurer la sélectivité de ce procédé. La figure 2.2 présente le principe du procédé de flottation, qui illustre également les principaux composants de la cellule de flottation. La cellule de flottation est une cuve rectangulaire munie d’un agitateur. Celle-ci est alimentée perpendiculairement en résidu en même temps qu’un flux d’air ascendant est introduit. Les particules naturellement ou artificiellement hydrophobes s'accrochent aux bulles et montent ainsi à la surface de la pulpe où elles sont récupérées sous forme d’écume. Cependant, celles qui sont hydrophiles restent dans les cellules et s’écoulent en soutirage (Blazy et Jdid, 2001).

Lors de la flottation, la sélectivité et l’efficacité de la récupération sont contrôlées par les trois mécanismes d’interaction bulle-particule suivants :

 Un attachement sélectif des particules hydrophobes naturellement ou artificiellement aux bulles d’air ;

 Un entrainement des particules hydrophiles par l’eau qui atteint l’écume ;

 Un piégeage physique des particules entre la pulpe et les bulles d’air (Wills et Finch, 2016). L’attachement sélectif des particules est considéré comme étant le mécanisme de récupération le plus important. En effet, il met en jeu la réactivité des surfaces des particules pour induire la sélectivité nécessaire à une séparation efficace grâce aux réactifs chimiques ajoutés. Ces derniers vont permettre de modifier les propriétés de surface des minéraux pour les rendre plus ou moins attractifs aux bulles d’air (Wills et Finch, 2016).