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Conception d’un procédé effluent liquide final zéro d’usines hydrométallurgique

Conception d’un procédé effluent liquide final zéro d’usines hydrométallurgiques Application aux usines Chemaf Usoke Février 2017 Par : SONY TSHIYUKA Patient Mémoire présenté et défendu en vue de l’obtention du grade d’Ingénieur Civil en Chimie Industrielle UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE Département de Chimie Industrielle Conception d’un procédé effluent liquide final zéro d’usines hydrométallurgiques Application aux usines Chemaf Usoke UNIVERSITE DE LUBUMBASHI FACULTE POLYTECHNIQUE Département de Chimie Industrielle Par : SONY TSHIYUKA Patient Mémoire présenté et défendu en vue de l’obtention du grade d’Ingénieur Civil en Chimie Industrielle Option : Chimie Inorganique Directeur : Prof. KANIKI TSHAMALA Arthur Février 2017 RESUME Ce travail présente les résultats d’une étude menée sur la conception d’un procédé effluent liquide final zéro des usines hydrométallurgiques, appliquée aux usines de Chemaf Usoke. Les eaux résiduaires de l’usine concernée titrent jusqu’à 9144,9 ppm de Mg; 447,97 de Ca ; de 588,83 ppm Mn ; 28,16 ppm de fer ; 52,41ppm de Cu ; 28,96 ppm de Co et 4150 ppm des matières en suspension. Cette composition ne permet pas d’une part, de les déverser dans l’environnement à cause des contraintes législatives; d’autre part, leur recyclage se voit limité à 67,4% suite au manque d’une étude préalable d’impacts de celles-ci sur les performances hydrométallurgiques de l’usine. L’objectif de ce travail est d’étudier les impacts de l’eau résiduaire sur les performances hydrométallurgiques de cette unité de production. Et sur base des résultats obtenus au cours de cette étape étudier la possibilité de mise en œuvre d’un procédé effluent liquide final zéro. Pour atteindre l’objectif fixé par ce travail, l’approche méthodologique suivie a consisté à réaliser d’abord des tests comparatifs au laboratoire avec l’effluent liquide et l’eau fraîche (eau du lac). Ces essais ont porté sur la lixiviation, la sédimentation, l’extraction par solvant et la précipitation du cobalt. Ensuite, il a été question d’effectuer un test de retraitement et d’évaluer son impact sur le circuit, dans le cas où l’utilisation de l’effluent présenterait des inconvénients. Enfin, une analyse de l’équilibre du bilan d’eau de l’usine a permis d’établir le circuit issu de l’application du procède effluent liquide final zéro. A l’issu de l’étude il a été observé que l’utilisation de l’eau résiduaire conduit à une diminution du rendement de lixiviation du cuivre et cobalt, les valeurs respectives sont de 81,53% et 60,08% contre 85,17% et 67,74% quand on utilise de l’eau fraîche. Les faibles performances observées en utilisant l’eau résiduaire s’expliquerait par la présence des matières non dissoutes et certains précipités (MgSO4 et CaSO4) qui entravent la lixiviation par blocage des sites de réaction. Elle Entraine aussi l’augmentation de l’aire spécifique de décantation soit 11,89 m2/t/h contre 8,93 m2/t/h avec l’eau fraîche. Ceci s’expliquerait par la présence de matières en suspension et certains sels tels que des sulfates de magnésium contenus dans l’eau résiduaire qui modifient la viscosité et la densité pulpe. Il a été observé aussi une très faible accumulation du magnésium dans le cake de cobalt due à la forte concentration de cet élément dans les eaux résiduaires. L’eau résiduaire n’a présenté aucun impact sur la consommation des réactifs le rendement d’extraction du cuivre et celui de la précipitation du cobalt. Toutefois en tenant compte des impacts négatifs précédents, pour envisager un procédé effluent liquide final zéro, un traitement des eaux résiduaires est nécessaire. C’est ainsi, qu’une tentative de traitement par précipitation chimique a été réalisée, et a permis d’obtenir une eau de composition chimique proche de celle du lac. Son utilisation au cours de l’opération de lixiviation a conduit à une amélioration des rendements de lixiviation du cuivre et cobalt par rapport à ceux obtenus avec l’effluent non traité soit 86,96% et 67,54% respectivement. Compte tenu de cette amélioration, un circuit effluent liquide final zéro a été proposé. Celui-ci comprend comme procédé de traitement des effluents liquides : la précipitation chimique à la chaux, La mise en place de ce schéma amènerait l’usine à recycler complétement ses effluents liquides et lui permettrait de réduire sa consommation en eau fraîche jusqu’à 27,9% soit de 1582 m3/j à 442m3/j. Abstract ABSTRACT This work presents the results of a study carried out on the design of a zero final liquid effluent process from hydrometallurgical plants, applied to Chemaf Usoke plants. The waste water from the plant concerned holds up to 9144.9 ppm Mg; 447.97 Ca; 588.83 ppm Mn; 28.16 ppm iron; 52.41 ppm Cu; 28.96 ppm of Co and 4150 ppm of the suspended solids. This composition does not allow, on the one hand, to discharge them into the environment because of legislative constraints on the other hand, their recycling is limited to 67.4% due to the lack of a prior study of impacts of those On the hydrometallurgical performance of the plant. The objective of this work is to study the impacts of waste water on the hydrometallurgical performances of this production unit. And on the basis of the results obtained during this step, study the possibility of implementing a final liquid effluent process. To achieve the objective set by this work, the methodological approach followed firstly to carry out comparative laboratory tests with liquid effluent and fresh water (lake water). These tests included leaching, sedimentation, solvent extraction and cobalt precipitation. Then there was a question of carrying out a reprocessing test and evaluating its impact on the circuit, in case the use of the effluent would have drawbacks. Finally, an analysis of the equilibrium of the water balance of the plant made it possible to establish the circuit resulting from the application of the final liquid effluent zero process. At the end of the study it was observed that the use of waste water leads to a reduction in the leaching yield of copper and cobalt, the respective values being 81.53% and 60.08% against 85.17% and 67.74% when using fresh water. The poor performance observed using wastewater is explained by the presence of undissolved materials and some precipitates (MgSO4 and CaSO4) which impede the leaching by blocking of the reaction sites. It also entails the increase in the specific settling area, ie 11.89 m2/t/h compared to 8.93 m2/t/h with fresh water. This could be explained by the presence of suspended matter and certain salts such as magnesium sulphates contained in the waste water which modify the viscosity and pulp density. There was also a very low accumulation of magnesium in the cobalt cake due to the high concentration of this element in the waste water. The residual water had no impact on the consumption of the reactants, the copper extraction efficiency and that of cobalt precipitation. However, taking into account the previous negative impacts, to consider a zero final liquid effluent process, waste water treatment is necessary. Thus, an attempt at chemical precipitation treatment was made, and it was possible to obtain a water of chemical composition close to that of the lake. Its use during the leaching operation led to an improvement in the leaching yields of copper and cobalt compared with those obtained with the untreated effluent ie 86.96% and 67.54% respectively. Abstract In view of this improvement, a zero final liquid effluent circuit was proposed. This includes the process of treating liquid effluents: chemical precipitation with lime. Implementation of this scheme would lead the plant to completely recycle its liquid effluents and would allow it to reduce its consumption of fresh water up to 27.9% from 1582 m3/d to 442 m3/d Table des matières i TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES ........................................................................................................ i LISTE DES ABREVIATIONS, SIGLES ET SYMBOLES ................................................ iv LISTE DES FIGURES ............................................................................................................. v LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... vi REMERCIEMENTS ............................................................................................................. viii INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................ 1 CHAPITRE I ............................................................................................................................ 1 GENERALITES SUR LE PROCEDE EFFLUENT LIQUIDE ZERO ET EFFLUENTS LIQUIDES HYDROMETALLURGIQUES .......................................................................... 1 I.1 Procède Effluent Liquide Zéro « E.L.Z. » ou Zéro Rejet Liquide « Z.R.L ». ................... 1 I.2 Généralités sur les effluents liquides des usines hydrométallurgiques ............................. 2 I.2.1 Caractéristiques des effluents liquides hydrométallurgiques ..................................... 2 I.2.2 Aperçu sur les opérations hydrométallurgiques de production du cuivre et cobalt .... 3 I.2.3 Cadre législatif en République Démocratique du Congo ........................................... 9 I.2.4 Traitement des effluents liquides hydrométallurgiques ............................................ 11 I.3 Avantages et décantages du procède du recyclage .......................................................... 13 I.4 Conclusion ....................................................................................................................... 14 CHAPITRE II ......................................................................................................................... 15 PRESENTATION GENERALE DE L’USINE HYDROMETALLURGIQUE ............... 15 CHEMICAL OF AFRICA USOKE ..................................................................................... 15 II.1. Présentation ................................................................................................................... 15 II.2 Description générale du flow-sheet de l’usine Chemaf ............................................... 15 II.2.1. Section Crushing and Milling................................................................................. 16 II.2.2. Section Process Plant II (PP II) .............................................................................. 19 II.2.3. La section CCD-VBF ............................................................................................. 21 Table des matières ii II.2.4. Section PP III ou SX/EW ....................................................................................... 22 II.2.5. Section Acid-Plant .................................................................................................. 24 II.3 Synthèse du bilan d’eau et gestion des effluents aux usines de Chemaf ....................... 25 II.3.1 Introduction ............................................................................................................. 25 II.3.2 Synthèse du Bilan d’eau .......................................................................................... 25 II.3.3 Gestion des eaux résiduaires à l’usine Chemaf ....................................................... 29 II.4 Synthèse des résultats des travaux antérieurs sur....... la tentative de mise en place d’un procédé ELZ 31 II.5 Conclusion ..................................................................................................................... 33 CHAPITRE III ....................................................................................................................... 34 MATERIELS ET METHODES ........................................................................................... 34 III.1 uploads/Industriel/ sony-tshiyuka-memoire-de-fin-d-x27-etudes-2017-final-pdf.pdf