Processus de séparation physique global et coût de traitement

Dans le but d’étudier l’intérêt de privilégier les outils de séparation physique dans la filière de remédiation des sols contaminés par des métaux lourds, le schéma de traitement global suivi pour

global comporte une simple étape de lavage à l’eau et de séparation magnétique de la fraction > 4 mm. La fraction 2-4 mm des sols étudiés a été traitée par une attrition et n passages à travers le jig. Les fractions 1-2 mm et 0,250-1 mm ont été traitées par une attrition suivie d’un passage à travers la table à secousses. La fraction < 0,250 mm a été amenée à une disposition sécuritaire. En premier lieu, pour les différents sols contaminés par des cendres d’incinération, procéder à un simple lavage à l’eau associé au traitement magnétique a permis de diminuer considérablement les concentrations en Pb, en Sn et en Zn initialement présents dans la fraction > 4 mm, les enlèvements correspondant de ces contaminants varient de 36,6 à 93,7%, dépendamment du sol et du contaminant inorganique en question. Le rendement d’enlèvement de la fraction ferro/ferrimagnéique et de la boue de lavage varie de 19,5 à 32,8%. Il est important de rappeler que la fraction grossière n’est pas classée parmi les fractions les plus problématiques, excepté pour le cas du sol MSW3. Bien que diminuée, la concentration en Cu est restée relativement élevée (> C) dans la fraction > 4 mm de ce sol. Cet élément se trouve généralement sous forme particulaire, à propriété diamagnétique limitant ainsi son enlèvement par l’application d’une force magnétique (Mercier et al., 2002). Dans le cas de MSW1 et de MSW2, le lavage couplé à la séparation magnétique pourrait alors satisfaire aux objectifs de l’opérateur. Dans le cas du sol MR1, le lavage à l’eau couplé à la séparation magnétique a conduit à un enlèvement du Cu et du Zn de 9,97 et 48,4%, respectivement, avec un taux de concentré généré équivalent à 18%. Bien qu’une partie du Cu ait été éliminée, le traitement est complètement inefficace pour traiter la fraction grossière et diminuer suffisamment les concentrations en Cu et en Zn. Ceci pourrait être expliqué par l’existence de la contamination inorganique piégée dans de grosses particules de nature silicatée, tel qu’observé lors de la caractérisation minéralogique de la fraction 2-4 mm de ce sol.

D’une manière générale, l’attrition et le jig ont permis de séparer efficacement le Cu, le Pb et le Sn des différents sols contaminés par des cendres d’incinération. Les concentrations de ces contaminants ont diminué considérablement dans la fraction 2-4 mm traitée des sols MSW1, MSW2 et MSW3. Les rendements d’enlèvement du Cu, du Pb et du Sn obtenus varient de 48 à 79%, de 68 à 80% et de 62 à 75%, respectivement. Entre autre, le Zn a été efficacement enlevé de la fraction 2-4 mm du sol MR1 avec un taux d’enlèvement de 75%. L’enlèvement du Cu est élevé

de 49 à 59%). Ceci est expliqué par l’effet combiné du contenu initial en métaux (sols MSW3 et MR1) et de l’attrition. En effet, la masse de la boue contaminée générée augmente avec l’augmentation de la taille des particules. Jobin et al. (2015) ont mis en évidence des taux de séparation de boue contaminée correspondant à 7, 10 et 20% des fractions granulométriques 0,250-1 mm, 1-2 mm et 2-4 mm, respectivement.

Similairement au jig, l’attrition et la table à secousses ont séparé efficacement le Cu, le Pb et le Sn présents dans les fractions 1-2 mm et 0,250-1 mm des sols MSW1, MSW2 et MSW3. Dans le cas de la fraction 1-2 mm, les enlèvements du Cu, du Pb et du Sn varient de 65 à 85%, de 69 à 86% et de 66 à 86%, respectivement. Ceux-ci varient de 33 à 51% pour Cu, de 64 à 74% pour Pb et de 43 à 70% pour Sn dans le cas de la fraction 0,250-1 mm. Il est à noter que pour ces sols, l’appareil est plus efficace pour traiter la fraction 1-2 mm que la fraction 0,250-1 mm. L’attrition et le traitement par la table à secousses ont permis de réduire considérablement les concentrations en Cu et en Zn du sol MR1 grâce à des taux d’enlèvement variant de 55 à 81%. Comparativement au jig, cette filière de traitement permet un moindre entraînement particulaire où, pour les sols étudiés, la masse du concentré métallique séparée varie de 27,8 à 45,1%. Les sols les plus contaminés, soient MSW3 et MR1 sont caractérisés par le contenu en métaux le plus élevé et par conséquent par une masse de concentré métallique enlevée plus importante. Selon l’auteur, l’optimisation de l’attrition selon l’évolution de la fraction granulométrique serait recommandée afin d’améliorer le schéma du procédé en terme de quantité de concentré métallique à gérer.

En observant les bilans de masse et la répartition de la masse des contaminants après le traitement physique de la fraction > 0,250 mm des sols contaminés par des cendres d’incinération, les pourcentages massiques résiduels de Ba, de Cu, de Pb, de Sn et de Zn varient de 35,3 à 49,2%, de 28,1 à 59,9%, de 16,6 à 33,3% et de 30,8 à 34,6%, dépendamment du degré de contamination. Ceci reflète le rôle des outils de séparation physique à diminuer de manière importante la concentration des métaux lourds dans ces types de sols avec un recouvrement de masse traitée à partir de la fraction > 0,250 mm allant de 57,1 à 80,1%. Pareillement, pour le sol MR1, le contenu restant en Cu et en Zn dans la fraction > 0,250 mm est de 34,5 à 42,4%, respectivement. Le recouvrement de la masse traitée correspond à 64,8% de la fraction > 0,250 mm. Ce travail de recherche se rejoint ainsi à d’autres qui confirment l’intérêt des méthodes physiques et leur large

mis en évidence des enlèvements de Pb, de Cu et de Zn supérieurs à 66% à partir de sols de buttes de tirs. De son côté, Jobin et al. (2016) ont montré des enlèvements de Pb, de Cu et de Sn variant de 28 à 64% lors de l’utilisation de l’attrition couplée à la séparation gravimétrique (jig et table à secousses) pour traiter en partie les sols contaminés par des cendres d’incinération. Et, l’attrition et la table à secousses ont permis un enlèvement du Cu et du Zn variant de 30 à 68% à partir d’échantillons de sols contaminés par des résidus métallurgiques (Bisone et al., 2013).

Le sol MSW2 a été le sujet d’une étude économique permettant de fournir un estimé du coût d’exploitation du procédé développé pour une usine de capacité annuelle de traitement de 75 600 tonnes sèches*an-1_{. Le bilan des coûts d’exploitation est présenté dans le Tableau 1-13.}

Tableau 1-13 Bilan des coûts d’exploitation du procédé de traitement physique du sol MSW2

Paramètres Coûts/Revenus

($Can.tst-1_{) ($Can.an}-1₎

Investissement

Total des coûts fixes en capitaux 6 686 219 $Can

Fonds de roulement 1 002 933 $Can

Investissement total 7 689 152 $Can

Coûts directs d'opération

A. Main-d'œuvre d'opération Opération 9,11 $ 689 016 $ Supervision 1,82 $ 137 803 $ B. Utilités Électricité 1,52 $ 114 818 $ Eau de procédé 0,02 $ 1 748 $

Chargement et transport des résidus

Sol (B-C) 1,48 $ 111 941 $

Sol (C-D) 3,17 $ 239 400 $

Disposition des résidus

Sol (C-D) 23,8 $ 1 795 500 $ Entretien et reparation 1,77 $ 133 724 $ Matériaux courants 0,66 $ 50 147 $ Frais de laboratoire 0,91 $ 68 902 $ Brevets et redevances 5,00 $ 378 000 $ Sous-total 49,2 $ 3 720 544 $

Coûts indirects et généraux

Avantages sociaux et marginaux 2,41 $ 181 900 $

Amortissement 5,07 $ 383 637 $

Financement (remboursement des intérêts) 8,39 $ 634 267 $

Sous-total 15,9 $ 1 199 805 $

Coûts totaux d'exploitation 65,1 $ 4 920 349 $

Revenus d'exploitation

Revenus de valorisation de composés métalliques

Fer 1,05 $ 79 737 $

Sous-total 1,05 $ 79 737 $

Revenus totaux d'exploitation 1,05 $ 79 737 $

Bilan d'exploitation du procédé 64,0 $ 4 840 612 $

entier) impacte considérablement les coûts totaux d’exploitation avec un pourcentage de 36,5%. Les autres paramètres importants influençant le coût sont le coût de la main d’œuvre d’opération (16,8% des coûts totaux d’exploitation) et le paiement d’intérêts (13,4% des coûts totaux d’exploitation). Près de 105 kg de Fe par tonne sèche du sol ont pu être valorisées en exploitant la masse du concentré issue de la séparation magnétique (12,3% du sol en entier), du jig (0,89% du sol en entier) et de la table à secousses (2,56% du sol en entier). Cependant, le revenu total provenant de la valorisation du Fe est faible et estimé à près de 80 K$CAN.an-1_{, soit 1,6 % des}

coûts totaux d’exploitation. Le coût du procédé est encourageant, dans les marges des coûts du traitement physique et reflète un procédé potentiellement compétitif au traitement par enfouissement (estimé moyenne du coût = 75 $CAN par tonne de sol).