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PROCEDE DE TRAITEMENT D'EFFLUENT AQUEUX
DESCRIPTION
L'invention concerne le traitement de résidus miniers sous la forme
d'effluents aqueux
comprenant des particules solides. Le procédé de l'invention permet de séparer
tout ou
partie de l'eau d'un effluent aqueux comprenant des particules solides. Ce
procédé
comprend (a) l'addition dans l'effluent d'au moins un agent dispersant
sulfoné, puis (b)
l'addition d'au moins un agent de floculation des particules solides.
L'invention concerne également une composition comprenant un effluent aqueux
comprenant des particules solides dispersées et floculées. De préférence, elle
concerne
une composition comprenant un effluent aqueux comprenant des particules
solides, au
moins un agent dispersant sulfoné et au moins un agent de floculation des
particules
solides.
De nombreuses méthodes d'extraction minière produisent des résidus sous la
forme
d'effluents aqueux comprenant des particules solides. Par exemple, la
production
d'hydrocarbures à partir de sables bitumineux ou pétrolifères conduit à de
tels résidus
miniers. Ainsi, la gestion des résidus miniers constitue un défi de taille
pour l'industrie
minière, notamment depuis le début de l'exploitation des sables pétrolifères.
Il incombe
donc aux exploitants de déterminer la façon d'éliminer ces sous-produits de
manière
sécuritaire et efficace. Le défi est d'autant plus considérable du fait de
l'importance de la
taille des exploitations de sables pétrolifères.
De manière générale, l'exploitation minière produit également de tels résidus
ou
matériaux de rebut, notamment lors de l'extraction de minerais pour la
production de
charbon, de diamant, de phosphate ou de différents métaux, par exemple
aluminium,
platine, fer, or, cuivre, argent, etc. De tels résidus peuvent également
résulter de la
transformation de minerais ou encore de procédés industriels ou de lavage.
Les résidus miniers peuvent prendre différentes formes, notamment de boues. En
général, il s'agit de suspensions de particules solides dans de l'eau.
Généralement, les résidus miniers des sables pétrolifères se composent donc
d'eau,
d'argile, de sable et d'hydrocarbures résiduels provenant du processus
d'extraction.
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Les pratiques courantes de l'industrie consistaient jusqu'à présent à pomper
les résidus
dans de vastes bassins de décantation. Par la suite, la matière la plus
lourde,
principalement du sable, se dépose au fond, tandis que l'eau monte à la
surface et peut
être recyclée. La couche intermédiaire, connue sous le nom de résidus fins
mûrs (MFT ou
mature fine tailings), est généralement composée à 70 % d'eau et à 30 6)/0 de
particules
d'argile fines. Naturellement, la couche de résidus fins mûrs pourrait prendre
des siècles à
se solidifier. Le développement continu de l'exploitation minière a nécessité
la création
d'un nombre croissant de bassins de décantation toujours plus importants.
Ainsi, les boues minérales produites par des procédés de traitement physiques
ou
chimiques des sables bitumineux sont stockées dans des bassins à ciel ouvert,
des
étangs, des barrages de rétention ou des remblais sous forme semi-liquide. Ces
grands
volumes de boue stockée créent par conséquent un véritable danger, en
particulier en cas
de rupture des digues.
Notamment du fait des impératifs techniques, environnementaux ou
réglementaires, il est
désormais nécessaire de trouver un moyen d'accélérer ou d'améliorer
l'efficacité de la
transformation des résidus fins mûrs en un dépôt ferme pouvant ensuite être
réhabilité.
La remise en état des sols suite à l'exploitation minière est rendue
obligatoire par la
législation environnementale.
L'accélération du traitement des résidus miniers est également nécessaire,
notamment en
augmentant la vitesse de sédimentation des résidus afin de recycler l'eau
efficacement
ainsi que pour réduire le volume de résidus.
Des méthodes de traitement continues sont également nécessaires.
Il est également nécessaire de disposer de méthodes de traitement permettant
de
supprimer ou de réduire les problèmes liés aux manipulations et au transport
des effluents
aqueux, en particulier lorsque le traitement de l'effluent aqueux est réalisé
en un lieu
éloigné du lieu où il est produit. En effet, il est fréquent que le minerai ou
le sable
bitumineux à l'origine de l'effluent aqueux soit traité en un lieu éloigné du
lieu de
traitement de l'effluent aqueux. La viscosité élevée de l'effluent aqueux peut
accroitre les
problèmes liés aux manipulations ou au transport de cet effluent. Cette
viscosité élevée
conduit également à une augmentation de la consommation d'énergie lors des
manipulations ou du transport de cet effluent.
L'incorporation d'autres éléments, notamment des éléments comprenant des
agents de
floculation, est également problématique du fait de la viscosité élevée du
fluide aqueux à
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traiter. Les temps de mélange ou les quantités d'agent de floculation à
intégrer peuvent
alors être accrus.
Par ailleurs, la dilution du fluide aqueux permettant d'en abaisser la
viscosité conduit à de
plus grandes quantités d'eau prélevées dans le milieu naturel environnant. Une
telle
dilution entraîne également une augmentation du volume total des fluides
aqueux à traiter.
De manière générale, la séparation et le recyclage de tout ou partie de l'eau
présente au
sein des effluents aqueux miniers constituent des buts essentiels lors de
l'exploitation
minière. Ainsi, les procédés de traitement d'effluents aqueux comprenant des
particules
solides ont comme but essentiel d'améliorer le rendement de séparation de
l'eau,
notamment dans le but de recycler l'eau séparée ainsi que de permettre la
manipulation
aisée du résidu final. L'augmentation de ce rendement net de séparation de
l'eau (NWR
ou net water release) constitue un but important des procédés de traitement
des effluents
aqueux comprenant des particules solides.
On connaît des méthodes de traitement physique de ces résidus miniers, par
exemple la
centrifugation, la filtration, l'électrophorèse et l'électrocoagulation.
D'autre part, des procédés chimiques émergent. On connaît par exemple des
procédés
impliquant l'addition de produits chimiques, tels que le silicate de sodium,
des floculants
organiques, des coagulants inorganiques, des agents d'oxydation, des agents de
réduction ou encore du dioxyde de carbone. On connaît également l'utilisation
de
polymères synthétiques ou naturels comme des coagulants ou des floculants,
pour
séparer les solides du liquide.
Par ailleurs, les dispersants sont des produits connus pour être capables de
fluidifier les
suspensions aqueuses les plus concentrées afin de faciliter leur transport.
Toutefois,
l'utilisation de tels produits dispersants conduit à des problèmes lors de
l'utilisation
ultérieure d'agents de floculation. En effet, l'addition d'agents de
floculation à des
suspensions comprenant des produits dispersants est inefficace ; les
particules solides
présentes au sein de la suspension ne sont pas floculées. Ainsi, les agents
floculants
traditionnels de type polyacrylamide anioniques deviennent inefficaces
lorsqu'ils sont
mélangés à de telles suspensions dispersées.
Il est donc nécessaire de pouvoir disposer d'un procédé mettant en oeuvre un
agent
dispersant qui n'affecte pas la floculation.
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Ainsi, même s'il existe des techniques de traitement de résidus miniers, ces
techniques ne
permettent pas d'apporter une solution totalement efficace aux problèmes
rencontrés,
notamment d'un point de vue technique, environnemental ou d'ordre public.
Il est donc nécessaire de pouvoir disposer de méthodes qui permettent
d'apporter des
solutions à tout ou partie des problèmes des méthodes de l'état de la
technique.
Ainsi, l'invention fournit un procédé de traitement d'un effluent aqueux
comprenant des
particules solides, comprenant
(a) l'addition dans l'effluent d'au moins un agent dispersant sulfoné ; puis
(b) l'addition d'au moins un agent de floculation des particules solides.
Le procédé de traitement selon l'invention comprend donc
(a) la dispersion des particules solides dans le support aqueux au moyen de
l'agent
dispersant sulfoné ; puis
(b) la floculation des particules solides dispersées au moyen de l'agent de
floculation.
Selon l'invention, l'effluent est avantageusement un effluent d'extraction
minière, de
préférence un effluent d'extraction minière de sable bitumineux ou de sable
pétrolifère.
Outre les particules solides, l'effluent comprend de l'eau. Il peut comprendre
du sable, de
l'argile et de l'eau ou bien du sable, de l'argile, de l'eau et du bitume
résiduel.
Généralement, l'effluent aqueux selon l'invention comprend de 5 à 70 % en
poids, de
préférence de 20 à 50 % en poids, plus préférentiellement de 30 à 40 % en
poids, de
particules solides, notamment des particules minérales.
L'effluent traité selon le procédé de l'invention peut comprendre différents
résidus. Ces
résidus peuvent être des résidus frais ou des résidus fins. De préférence, il
s'agit d'un
effluent comprenant des résidus fins mûrs (RFM ou MFT pour mature fine
tailings), en
particulier d'un effluent comprenant des résidus fins mûrs (RFM ou MFT pour
mature fine
tailings) comprenant une quantité d'argiles allant de 5 à 70 A. en poids.
De manière générale, l'effluent aqueux issu de l'exploitation minière de
sables bitumineux
et traité selon l'invention peut également comprendre du bitume résiduel. Le
bitume
résiduel est alors présent en faible quantité, généralement en une quantité
inférieure à
5 % en masse d'effluent aqueux.
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Selon l'invention, l'effluent aqueux comprenant des résidus frais, des résidus
fins, des
résidus fins mûrs, ou des résidus fins mûrs comprenant une quantité d'argiles
allant de 5
à 70% en poids et comprenant des particules solides est de préférence un
effluent
aqueux obtenu en sortie d'une chambre primaire de séparation du bitume. Par
chambre
5 primaire de séparation du bitume, on entend désigner une chambre de
séparation
permettant de séparer la majorité du bitume des effluents aqueux miniers
comprenant des
particules solides.
Le procédé selon l'invention comprend l'addition dans l'effluent d'au moins un
agent
dispersant sulfoné.
De manière préférée, l'agent dispersant sulfoné est ajouté en une quantité en
masse
allant de 10 à 10 000 ppm, préférentiellement de 200 à 5 000 ppm, plus
préférentiellement de 500 et 2 000 ppm, par rapport à la quantité d'effluent.
De manière
également préférée, l'agent dispersant sulfoné est ajouté en une quantité en
masse allant
de 10 à 10 000 g, préférentiellement de 200 à 5 000 g, plus préférentiellement
de 500 et
2 000 g par tonne d'effluent.
De façon avantageuse, l'agent dispersant sulfoné permet de fluidifier
l'effluent,
notamment d'en diminuer sa viscosité, notamment pour faciliter son transport.
Selon
l'invention, la masse moléculaire de l'agent dispersant sulfoné peut varier
assez
largement, notamment en fonction de l'effluent à traiter ou bien en fonction
de l'agent
dispersant sulfoné en tant que tel. Généralement, l'agent dispersant sulfoné a
une masse
moléculaire allant de 1 000 à 50 000 g/mol, préférentiellement de 5 000 à 30
000 g/mol,
plus préférentiellement de 10 000 à 25 000 g/mol.
De manière préférée, l'agent dispersant sulfoné est choisi parmi les homo- ou
co-
polymères d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique (ATBS ou acide
acylamide
tertio-butyl sulfonique), d'acide vinyl sulfonique, d'acide styrène
sulfonique, d'acide
naphatalène sulfonique, d'acide allyl sulfonique ou de leurs sels solubles
dans l'eau. Il
peut également être choisi parmi les co-polymères
= d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique, d'acide vinyl sulfonique,
d'acide
styrène sulfonique, d'acide naphatalène sulfonique, d'acide allyl sulfonique
ou de
leurs sels solubles dans l'eau et
= d'au moins un monomère non-ionique choisi parmi l'acrylamide; le
méthacrylamide ; les N-monodérivés de l'acrylamide; les N-monodérivés du
méthacrylamide ; les N,N-dérivés de l'acrylamide; les N,N-dérivés du
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méthacrylamide ; les esters acryliques ; les esters méthacryliques ; le N-
vinylformamide et la N-vinylpyrrolidone.
Les sels solubles dans l'eau de ces monomères sont typiquement des sels d'un
métal
alcalin, d'un métal alcalino-terreux ou d'ammonium.
De manière préférée, l'agent dispersant sulfoné peut être choisi parmi l'acide
poly 2-
acrylamido-2-méthylpropanesulfonique, l'acide polyvinyl sulfonique, l'acide
polystyrène
sulfonique, l'acide polynaphtalène sulfonique, l'acide polyallyl sulfonique ou
leurs
mélanges.
De manière particulièrement préférée, l'agent dispersant sulfoné peut être
choisi parmi les
co-polymères préparés à partir de monomères non-ioniques, de préférence
utilisés en
une quantité allant de 0,01 à 90 % en moles.
Outre l'agent dispersant sulfoné, le procédé selon l'invention met en oeuvre
un agent de
floculation. Selon l'invention, la floculation des particules solides
présentes dans l'effluent
aqueux est le processus physico-chimique au cours duquel les particules
solides en
suspension dans l'effluent aqueux s'agglomèrent pour former des flocs. Ces
flocs sont
des particules de plus grosse taille qui sédimentent généralement beaucoup
plus
rapidement que les particules primaires dont ils sont formés.
De manière préférée pour le procédé selon l'invention, l'agent de floculation
est ajouté en
une quantité en masse allant de 10 à 10 000 ppm par rapport à la quantité de
particules
solides comprises dans l'effluent aqueux. D'un point de vue pratique, il est
ajouté en une
quantité allant de 10 à 10 000 g par tonne de particules solides comprises
dans l'effluent
aqueux.
De manière également préférée, l'agent de floculation a une masse moléculaire
allant de
3 à 40 millions g/mol. De même, la masse moléculaire de l'agent de floculation
peut aller
de 5 à 30 millions g/mol.
De nombreux composés peuvent être utilisés comme agent de floculation pour le
procédé
selon l'invention. Il peut notamment s'agir d'un polymère préparé à partir
d'au moins un
monomère non-ionique ou encore d'un polymère préparé à partir d'au moins un
monomère anionique voire d'un polymère préparé à partir d'au moins un monomère
cationique. De manière préférée, il s'agit d'un co-polymère préparé à partir
d'au moins un
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monomère non-ionique et à partir d'au moins un monomère anionique, par exemple
en
une proportion molaire de 70 A, d'au moins un monomère non-ionique et 30 %
d'au moins
un monomère anionique.
De manière préférée selon l'invention, l'agent de floculation est un polymère
préparé à
partir d'au moins un monomère non-ionique choisi parmi l'acrylamide; le
méthacrylamide; les N-monodérivés de l'acrylamide; les N-monodérivés du
méthacrylamide ; les N,N-dérivés de l'acrylamide; les N,N-dérivés du
méthacrylamide ; les
esters acryliques ; les esters méthacryliques ; le N-vinylformamide et la N-
vinylpyrrolidone. Il peut être choisi parmi les polymères préparés à partir de
monomères
non-ioniques, de préférence utilisés en une quantité allant 50 à 90 % en
moles.
De manière particulièrement préférée selon l'invention, l'agent de floculation
est un
polymère préparé à partir d'acrylamide.
De manière également préférée selon l'invention, l'agent de floculation
comprend au
moins un polymère préparé à partir d'au moins un monomère anionique choisi
parmi les
monomères comprenant au moins une fonction acide carboxylique ; les sels de
monomères comprenant au moins une fonction acide carboxylique ; les monomères
comprenant au moins une fonction acide sulfonique ; les sels de monomères
comprenant
au moins une fonction acide sulfonique ; les monomères comprenant au moins une
fonction acide phosphonique ; les sels de monomères comprenant au moins une
fonction
acide phosphonique. Il peut être choisi parmi les polymères préparés à partir
de
monomères anioniques, de préférence utilisés en une quantité allant 10 à 50 %
en moles,
de préférence allant de 20 à 40 % en moles.
Comme exemples de monomères anioniques choisis pour préparer l'agent de
floculation
selon l'invention, on peut citer l'acide acrylique, l'acide méthacrylique,
l'acide itaconique,
l'acide crotonique, l'acide maléique, l'acide fumarique, l'acide 2-acrylamido-
2-
méthylpropanesulfonique, l'acide vinylsulfonique, l'acide vinylphosphonique,
l'acide
allylsulfonique, l'acide allylphosphonique, l'acide styrènesulfonique et les
sels solubles
dans l'eau correspondants. Les sels solubles dans l'eau de ces monomères
anioniques
sont typiquement des sels d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux et
d'ammonium.
Les monomères anioniques particulièrement préférés sont l'acide acrylique,
l'acide 2-
acrylamido-2-méthylpropanesulfonique et leurs sels correspondants.
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De manière également préférée selon l'invention, l'agent de floculation
comprend au
moins un polymère préparé à partir d'au moins un monomère cationique choisi
parmi les
polymères préparés à partir d'au moins un monomère cationique choisi parmi les
sels de
diallyldialkyl ammonium ; les sels acidifiés ou quaternisés d'acrylates de
dialkylaminoalkyle ; les sels acidifiés ou quaternisés de méthacrylates de
dialkylaminoalkyle ; les sels acidifiés ou quaternisés de dialkyl-
aminoalkylacrylamides et
les sels acidifiés ou quaternisés de dialkyl-aminoalkyméthacrylamides. Il peut
être choisi
parmi les polymères préparés à partir de monomères cationiques, de préférence
utilisés
en une quantité allant 0,01 à 10 % en moles, de préférence allant de 0,1 à 4 %
en moles.
Comme exemples de monomères cationiques choisis pour préparer l'agent de
floculation
selon l'invention, on peut citer le chlorure de diallyl diméthyl ammonium
(DADMAC),
l'acrylate de dialkylaminoéthyle (ADAME), le méthacrylate de
dialkylaminoéthyle
(MADAME), l'acrylamido-propyl triméthyl ammonium chlorure (APTAC), le
méthacrylamido-propyl triméthyl ammonium chlorure (MAPTAC).
Les sels acidifiés peuvent notamment être obtenus par protonation. Les sels
quaternisés
peuvent être obtenus par réaction avec le chlorure de benzyle, le chlorure de
méthyle
(MeCI), les chlorures d'aryle, d'alkyle ou les dialkylsulfates comme le
diméthylsulfate.
Selon l'invention, l'agent de floculation peut également comprendre au moins
un polymère
préparé à partir d'au moins un monomère présentant un caractère hydrophobe, de
préférence un monomère choisi parmi les esters de l'acide acrylique comprenant
une
chaîne alkyle, arylalkyle ou éthoxylée ; les esters de l'acide méthacrylique
comprenant
une chaîne alkyle, arylalkyle ou éthoxylée ; les dérivés de l'acrylamide
comprenant une
chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle ; les dérivés du méthacrylamide
comprenant une
chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle. Lorsqu'on utilise un monomère
présentant un
caractère hydrophobe pour la préparation de l'agent de floculation, sa
quantité peut aller
de 0,001 à 3 % en moles par rapport à la quantité totale de monomères.
Les polymères utilisés selon le procédé de l'invention en tant qu'agent
dispersant sulfoné
ou bien en tant qu'agent de floculation peuvent être des polymères de
différentes formes.
Notamment, il peut s'agir de polymères ramifiés, de préférence de polymères
ramifiés lors
de la polymérisation des monomères utilisés pour leur préparation. Lors de la
polymérisation, il est possible d'utiliser un agent de ramification ou de
réticulation, et
éventuellement un agent de transfert polyfonctionnel. Comme agent de
ramification ou de
réticulation, on peut citer les composés choisis parmi méthylène-bis-
acrylamide (MBA),
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diacrylate d'éthylène glycol, diméthacrylate de polyéthylène glycol, acrylate
de
vinyloxyéthyle, méthacrylate de vinyloxyéthyle, triallylamine, glyoxal, les
composés de
type glycidyléther tel que l'éthylène glycol diglycidyléther, les composés
comprenant au
moins une fonction époxy, trimercaptotriazine, polyvinyl alcools,
polyvinylamines. La
quantité d'agent de ramification ou de réticulation mise en oeuvre est
généralement
inférieure à 4 % en poids par rapport à la quantité de monomères.
La préparation de l'agent dispersant sulfoné et la préparation de l'agent de
floculation
peuvent être réalisées de manière indépendante, par exemple par polymérisation
en
solution, polymérisation en gel, polymérisation en suspension, polymérisation
micellaire
éventuellement suivie d'une étape de précipitation, polymérisation par
précipitation,
polymérisation en émulsion - aqueuse ou inversée - éventuellement suivie d'une
étape de
séchage par pulvérisation. Une post-hydrolyse ou une co-hydrolyse du polymère
formé
est également possible. De manière préférée, la polymérisation est une
polymérisation
par radicaux libres, de préférence une polymérisation en émulsion inverse ou
une
polymérisation en gel. La polymérisation par radicaux libres peut inclure la
polymérisation
par radicaux libres générés au moyen d'initiateurs UV, azoïques, redox ou
thermiques
ainsi que les techniques de polymérisation radicalaire contrôlée (CRP) ou
encore les
techniques de polymérisation sur matrice.
Lors de leur addition dans l'effluent aqueux, l'agent dispersant sulfoné et
l'agent de
floculation peuvent, indépendamment, être utilisés sous forme liquide, sous
forme solide,
sous forme d'une émulsion (par exemple une émulsion eau dans huile), sous
forme d'une
suspension, sous forme d'une poudre ou sous forme d'une dispersion dans de
l'huile.
Lorsque la forme solide est utilisée, la dissolution partielle ou totale dans
l'eau de cette
dernière peut se faire à l'aide d'une unité de préparation de polymère comme
le Polymer
Slicing Unit (Unité de tranchage de polymère - PSU) divulgué dans le document
EP 2 203 245. De manière préférée, ils sont ajoutés sous la forme d'une
solution
aqueuse.
De manière avantageuse, l'agent dispersant sulfoné et l'agent de floculation
peuvent être
ajoutés à l'effluent aqueux lors de son transport, notamment dans les
conduites de
transport de l'effluent vers des lieux de dépôt utilisés pour la
déshydratation et la
solidification du résidu de traitement. Les lieux de dépôt peuvent être à
l'air libre. Il peut
s'agir de terrains non-délimités ou de zones fermées, par exemple un bassin ou
une
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cellule. Les étapes de traitement selon le procédé de l'invention puis
d'épandage de
l'effluent traité peuvent être renouvelées en un même lieu conduisant alors à
la
superposition de couches de résidus traités. L'épandage peut également être
réalisé de
manière continue pour former un amas de résidu traité dont l'eau s'extrait.
5 L'utilisation d'unités de traitement mécanique peut être associée au
procédé selon
l'invention. De telles unités de traitement mécanique sont notamment des
dispositifs de
centrifugation, de pressage ou de filtration de l'effluent traité. On peut
citer un
épaississeur, une centrifugeuse ou un hydrocyclone.
10 L'agent dispersant sulfoné et l'agent de floculation peuvent
indépendamment être ajoutés
en plusieurs fois, notamment de manière alternée ou de manière séquencée.
Préférentiellement, le dispersant est ajouté en une seule fois.
L'agent dispersant sulfoné et l'agent de floculation peuvent être ajoutés dans
une conduite
transportant l'effluent vers une unité de traitement mécanique ou dans
l'effluent sortant
d'une telle unité lors de son transport vers un lieu de dépôt ou vers une
autre unité de
traitement mécanique. L'agent de floculation peut être ajouté dans une
conduite
transportant l'effluent vers une zone de dépôt.
Outre l'addition dans l'effluent d'au moins un agent dispersant sulfoné, puis
l'addition d'au
moins un agent de floculation des particules solides, le procédé selon
l'invention peut
également comprendre la séparation de tout ou partie de l'eau du mélange
comprenant
des particules solides, de l'agent dispersant sulfoné et de l'agent de
floculation de ces
particules solides.
De manière préférée au cours du procédé selon l'invention, la séparation de
tout ou partie
de l'eau est mise en uvre à partir du mélange comprenant les particules
solides
dispersées et floculées.
La séparation de l'eau peut, notamment, être réalisée par épandage, par
centrifugation,
par pressage ou par filtration. La séparation de l'eau est préférentiellement
réalisée par
épandage.
De manière particulièrement avantageuse, la séparation de l'eau permet
d'éliminer au
moins 20 % en masse de l'eau comprise dans l'effluent. De préférence, elle
permet
d'éliminer au moins 30 % en masse d'eau comprise dans l'effluent. De manière
plus
préférée, elle permet d'éliminer au moins 50 ./0 en masse, voire au moins 60
./0 en masse,
de l'eau comprise dans l'effluent. La quantité d'eau éliminée est mesurée 24 h
après la
mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Selon l'invention, la mesure de
la quantité
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d'eau éliminée est effectuée par évaluation de la libération nette d'eau (NWR
ou net water
release) de l'effluent de départ, 24 h après traitement selon le procédé.
Selon le procédé de l'invention, il est également possible de mesurer le taux
d'humidité du
résidu final (cake) du procédé selon l'invention une fois l'eau éliminée.
Cette mesure est
généralement réalisée 24 h après de la mise en oeuvre du procédé selon
l'invention.
Selon l'invention, le taux de la libération nette d'eau ou le taux d'humidité
du résidu final
peuvent également être mesurés après 7 jours.
De préférence selon l'invention :
= l'agent dispersant sulfoné a un poids moléculaire compris entre 5,000 et
25,000 g/mol,
= l'agent dispersant sulfoné est ajouté en une quantité en masse allant de
500 et
2 000 g par tonne d'effluent, et
= l'effluent est un effluent d'extraction minière, de préférence un
effluent d'extraction
minière de sable bitumineux ou de sable pétrolifère comprenant de 20 à 50 % en
poids de particules solides.
Également de préférence selon l'invention :
= l'agent dispersant sulfoné est un co-polymère d'acide 2-acrylamido-2-
méthylpropanesulfonique et d'au moins un monomère non-ionique choisi parmi
l'acrylamide; le méthacrylamide ; les N-monodérivés de l'acrylamide; les N-
monodérivés du méthacrylamide ; les N,N-dérivés de l'acrylamide; les N,N-
dérivés
du méthacrylamide ; les esters acryliques ; les esters méthacryliques ; le N-
vinylformamide et la N-vinylpyrrolidone,
= l'agent dispersant sulfoné a un poids moléculaire compris entre 5,000 et
25,000 g/mol,
= l'agent dispersant sulfoné est ajouté en une quantité en masse allant de
500 et
2 000 g par tonne d'effluent, et
= l'effluent est un effluent d'extraction minière, de préférence un
effluent d'extraction
minière de sable bitumineux ou de sable pétrolifère comprenant de 20 à 50 ./0
en
poids de particules solides.
CA 03007272 2018-06-01
WO 2017/097799
PCT/EP2016/080006
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Outre un procédé, l'invention concerne également l'utilisation pour traiter un
effluent
aqueux comprenant des particules solides, d'au moins un agent de floculation
des
particules solides préalablement dispersées au moyen d'au moins un agent
dispersant
sulfoné. Ainsi, l'invention concerne l'utilisation d'un agent de floculation
pour le traitement
d'un effluent aqueux comprenant des particules solides et un agent dispersant
sulfoné.
Elle concerne également, l'utilisation d'au moins un agent dispersant sulfoné
et d'au
moins un agent de floculation de particules solides pour traiter un effluent
aqueux
comprenant des particules solides.
Pour les utilisations selon l'invention, l'effluent aqueux, les particules
solides, l'agent
dispersant sulfoné et l'agent de floculation des particules solides sont tels
que définis pour
le procédé selon l'invention. Les caractéristiques particulières, avantageuses
ou préférées
du procédé selon l'invention définissent des utilisations particulières,
avantageuses et
préférées selon l'invention.
L'invention concerne également une composition comprenant un effluent aqueux
comprenant des particules solides et au moins un agent dispersant sulfoné
ainsi qu'une
composition comprenant un effluent aqueux comprenant des particules solides et
dispersées au moyen d'au moins un agent dispersant sulfoné.
L'invention concerne également une composition comprenant un effluent aqueux
comprenant des particules solides, au moins un agent dispersant sulfoné et au
moins un
agent de floculation ainsi qu'une composition comprenant un effluent aqueux
comprenant
des particules solides dispersées au moyen d'au moins un agent dispersant
sulfoné et
floculées au moyen d'au moins un agent de floculation.
De manière préférée, la composition selon l'invention comprend un effluent
aqueux
comprenant des particules solides, au moins un agent dispersant sulfoné et au
moins un
agent de floculation. De manière également préférée, la composition selon
l'invention
comprend un effluent aqueux comprenant des particules solides dispersées au
moyen
d'au moins un agent dispersant sulfoné et dont les particules solides
dispersées sont
floculées au moyen d'au moins un agent de floculation.
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WO 2017/097799
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Selon l'invention, les caractéristiques particulières, avantageuses ou
préférées du
procédé selon l'invention définissent des compositions particulières,
avantageuses ou
préférées.
Les différents aspects de l'invention sont illustrés par les exemples qui
suivent.
Exemple 1 : Fluidification d'un effluent de type résidu fin mur (29,8 % en
poids d'extrait
sec) par ajout de dispersant
Pour chaque test, le volume approprié de solution de dispersant est ajouté
dans 200 g
d'effluent aqueux puis le mélange complet est mélangé manuellement pendant 30
secondes et la viscosité est mesurée à l'aide d'un viscosimètre BrookField
(vitesse de
rotation : 3 tours par minute).
Dispersant A = poly(naphtalène sulfonate de sodium)
Dispersant B = polyATBS (homopolymère) à 1 500 g/mol
Dispersant C = polyATBS à 5 000 g/mol
Dispersant D = polyATBS à 10 000 g/mol
Dispersant E = poly(acide acrylique) à 2 500 g/mol
L'ATBS est l'acide acrylamide tertio-butyl sulfonique.
Les dosages sont exprimés en g/tonne d'effluent aqueux. Les résultats sont
présentés
dans le tableau 1.
Dosage Viscosité % perte de
Dispersant
g/T (3 rpm) viscosité
Aucun 0 3 900 0
A 100 2 600 33,3
A 250 2 200 43,6
A 500 1 650 57,7
A 750 1 350 65,4
A 1 000 1 100 71,8
100 3 500 10,3
250 3 300 15,4
500 2 950 24,4
750 2 550 34,6
1 000 2 300 41,0
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100 3 300 15,4
o 250 2 850 26,9
500 2 400 38,5
750 2 050 47,4
o 1 000 1 700 56,4
D 100 3 400 12,8
D 250 3 000 23,1
D 500 2 350 39,7
D 750 1 850 52,6
D 1 000 1 500 61,5
100 2 550 34,6
250 790 79,7
500 70 98,2
750 10 99,7
1 000 10 99,7
Tableau 1
Ces résultats montrent que tous les dispersants utilisés lors des tests
permettent de
diminuer significativement la viscosité de l'effluent.
Exemple 2 : Floculation d'un effluent de type résidu fin mur (29,8 % en poids
d'extrait sec)
après aiout de dispersant
Pour chaque test, le volume approprié de solution de floculant est ajouté dans
200 g de
résidu prédispersé puis le mélange complet est mélangé manuellement jusqu'à ce
qu'on
observe une floculation et une libération d'eau optimale. Le floculant utilisé
est un
polyacrylamide anionique à 30 A, molaire. Les dosages en dispersants sont
exprimés en
g/tonne de résidu. Le dosage en floculant pour chaque essai est de 1 100
g/tonne sèche
d'effluent. Les résultats sont présentés dans le tableau.
Dosage
Dispersant LNE 24h
dispersant
Aucun 0 35,9
A 100 36,6
A 250 40,8
A 500 39,8
15
A 750 42,9
A 1 000 44,3
100 38,3
250 38,5
500 36,2
750 37,9
1 000 38,5
100 41,9
250 40,8
500 42,8
750 43,5
1 000 40,2
D 100 44,5
D 250 42,2
D 500 44,1
D 750 45,8
D 1 000 43,6
100 Floculation impossible
250 Floculation impossible
500 Floculation impossible
750 Floculation impossible
1 000 Floculation impossible
Tableau 2
La libération nette d'eau (LNE) correspond à la quantité totale d'eau
récupérée pendant le
test de floculation moins la quantité d'eau indument ajoutée lors de
l'incorporation de la
solution aqueuse polymérique et de la solution de dispersant dans la
suspension.
Ces résultats montrent que les dispersants sulfonés A, B, C et D permettent de
floculer
les résidus en dépit d'un pré-ajout de dispersant. On remarque également que
l'utilisation
de ces dispersants conduit à de meilleures LNE que le traitement consistant en
l'utilisation
d'un floculant seul. On constate également que le dispersant non-sulfoné E,
bien
qu'efficace pour fluidifier les effluents, empêche toute floculation
ultérieure, ce qui rend
son utilisation impossible pour cette application.
Date Reçue/Date Received 2022-11-01
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***
Selon certains aspects, une ou plusieurs des réalisations suivantes sont
décrites:
1. Procédé de traitement d'un effluent aqueux comprenant des résidus frais,
des résidus
fins, ou des résidus fins mûrs, et comprenant des particules solides, ledit
procédé
comprenant :
(a) l'addition dans l'effluent aqueux d'au moins un agent dispersant sulfoné ;
et
(b) l'addition d'au moins un agent de floculation des particules solides ;
dans lequel l'effluent aqueux a quitté une chambre de séparation pour la
séparation
du bitume ; et
dans lequel l'agent floculant comprend un copolymère préparé à partir d'au
moins un
monomère non ionique et d'au moins un monomère anionique.
2. Procédé selon la réalisation 1 pour lequel l'agent dispersant sulfoné est
ajouté en une
quantité en masse allant de 10 à 10 000 g par tonne d'effluent.
3. Procédé selon la réalisation 1 ou 2 pour lequel l'agent dispersant sulfoné
= a une masse moléculaire allant de 1 000 à 50 000 g/mol; ou
= est choisi parmi les homo- ou co-polymères d'acide 2-acrylamido-2-
méthylpropanesulfonique, d'acide vinyl sulfonique, d'acide styrène sulfonique,
d'acide naphatalène sulfonique, d'acide allyl sulfonique et de leurs sels
solubles
dans l'eau ; ou
= est choisi parmi les co-polymères
o d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique, d'acide vinyl sulfonique,
d'acide styrène sulfonique, d'acide naphatalène sulfonique, d'acide any'
sulfonique et de leurs sels solubles dans l'eau et
o d'au moins un monomère non-ionique, choisi parmi l'acrylamide; le
méthacrylamide ; les N-monodérivés de l'acrylamide; les N-monodérivés
du méthacrylamide ; les N,N-dérivés de l'acrylamide; les N,N-dérivés du
méthacrylamide ; les esters acryliques ; les esters méthacryliques ; le N-
vinylformamide et la N-vinylpyrrolidone.
4. Procédé selon l'une quelconque des réalisations 1 à 3 pour lequel l'agent
de floculation
est ajouté en une quantité allant de 10 à 10 000 g par tonne de particules
solides
comprises dans l'effluent aqueux.
Date Reçue/Date Received 2022-11-01
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5. Procédé selon l'une quelconque des réalisations 1 à 4 pour lequel l'agent
de floculation
= a une masse moléculaire allant de 3 à 40 millions g/mol; ou
= est un polymère préparé à partir d'au moins un monomère non-ionique
choisi
parmi l'acrylamide; le méthacrylamide ; les N-monodérivés de l'acrylamide; les
N-
monodérivés du méthacrylamide ; les N,N-dérivés de l'acrylamide; les N,N-
dérivés
du méthacrylamide ; les esters acryliques ; les esters méthacryliques ; le N-
vinylformamide et la N-vinylpyrrolidone ; ou
= comprend au moins un polymère préparé d'au moins un monomère anionique
choisi parmi les monomères comprenant au moins une fonction acide
carboxylique ; les sels de monomères comprenant au moins une fonction acide
carboxylique ; les monomères comprenant au moins une fonction acide
sulfonique ; les monomères comprenant au moins une fonction acide
phosphonique ; les sels de monomères comprenant au moins une fonction acide
phosphonique.
6. Procédé selon l'une quelconque des réalisations 1 à 5 comprenant également
la
séparation de tout ou partie de l'eau du mélange de particules solides,
d'agent dispersant
sulfoné et d'agent de floculation des particules solides.
7. Procédé selon l'une quelconque des réalisations 1 à 6 comprenant également
la
séparation de tout ou partie de l'eau du mélange de particules solides
dispersées et
floculées.
8. Procédé selon la réalisation 6 ou 7 pour lequel
= la séparation de l'eau est réalisée par épandage, par centrifugation, par
pressage
ou par filtration ; ou
= au moins 20%,en poids de l'eau est séparée ; ou
= la séparation de l'eau est mesurée 24 h après traitement.
9. Procédé selon l'une quelconque des réalisations 1 à 8, pour lequel les
résidus fins
mûrs comprennent une quantité d'argiles allant de 5 à 70 % en poids.
10. Utilisation pour traiter un effluent aqueux comprenant des résidus frais,
des résidus
fins, ou des résidus fins mûrs, et comprenant des particules solides, d'au
moins un agent
Date Reçue/Date Received 2022-11-01
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de floculation des particules solides préalablement dispersées au moyen d'au
moins un
agent dispersant sulfoné.
11. Utilisation d'au moins un agent dispersant sulfoné et d'au moins un agent
de
floculation de particules solides pour traiter un effluent aqueux comprenant
des résidus
frais, des résidus fins, ou des résidus fins mûrs, et comprenant des
particules solides ;
dans laquelle l'effluent aqueux a quitté une chambre de séparation pour la
séparation du
bitume ; et
dans laquelle l'agent floculant comprend un copolymère préparé à partir d'au
moins un
monomère non ionique et d'au moins un monomère anionique.
12. Utilisation selon la réalisation 10 ou 11, pour laquelle les résidus fins
mûrs
comprennent une quantité d'argiles allant de 5 à 70 % en poids.
13. Utilisation selon l'une quelconque des réalisations 10 à 12, pour laquelle
l'effluent
aqueux, les particules solides, l'agent dispersant sulfoné et l'agent de
floculation des
particules solides sont définis selon l'une quelconque des réalisations 1 à 6.
14. Composition comprenant un effluent aqueux comprenant des résidus frais,
des
résidus fins, ou des résidus fins mûrs, et comprenant des particules solides
et au moins
un agent dispersant sulfoné; ou un effluent aqueux comprenant des résidus
frais, des
résidus fins, des résidus fins mûrs, et comprenant des particules solides
dispersées au
moyen d'au moins un agent dispersant sulfoné ;
et au moins un agent de floculation ; ou dont les particules solides
dispersées sont
floculées au moyen d'au moins un agent de floculation ;
dans laquelle l'effluent aqueux a quitté une chambre de séparation pour la
séparation du
bitume ; et
dans laquelle l'agent floculant comprend un copolymère préparé à partir d'au
moins un
monomère non ionique et d'au moins un monomère anionique.
15. Composition selon la réalisation 14, dans laquelle les résidus fins mûrs
comprennent
une quantité d'argiles allant de 5 à 70 % en poids.
Date Reçue/Date Received 2022-11-01
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16. Composition selon la réalisation 14 ou 15 dont l'effluent aqueux, les
particules solides,
l'agent dispersant sulfoné et l'agent de floculation des particules solides
sont définis selon
l'une quelconque des réalisations 1 à 5.
Date Reçue/Date Received 2022-11-01
