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Concept innovant pour la Récupération du Sable dans les Boues Rouges

Résumé

Le résidu de bauxite, appelé boue rouge, est un déchet produit par l’industrie de l’aluminium. En raison de sa teneur élevée en sodium, il est difficile d’utiliser les résidus de bauxite non traités dans l’industrie sidérurgique pour remplacer le minerai de fer. C’est pourquoi, jusqu’à présent, il est courant de déposer les boues rouges non traitées dans divers endroits, bien que cela représente un problème important pour l’environnement en raison de l’empreinte au sol requise, de la sécurité entourant les grands réservoirs et du dépassement des valeurs limites de la teneur en sodium.

En se concentrant sur cette mauvaise exploitation des ressources, l’industrie est confrontée à des défis commerciaux de plus en plus importants, puisque le volume de boues rouges augmente constamment et que les sites d’enfouissement ou de dépôt sont épuisés et atteignent leurs limites.

Afin de réduire ces volumes , mais aussi de réaliser des économies significatives pour les opérateurs, il est devenu nécessaire d’améliorer la façon dont les boues rouges sont traitées.

Depuis plusieurs années déjà, la récupération des déchets dans les boues rouges est devenu un domaine d’étude et de développement pour les experts en procédés d’AKW Equipment and Process Design.

La récupération des déchets dans les boues rouges est difficile , mais des hydrocylones spécialement conçus AKA-VORTEX, disposés en étages primaires et secondaires, suivis d’une unité de lavage/de déshydratation spécialement conçue, se sont avérés être une solution efficace au fil du temps.

Une description de l’installation et une explication de fonctionnement de cette unité de traitement des boues rouges est présentée ci-dessous.

1. Origine des résidus de bauxite

Le résidu de bauxite est un sous-produit généré par le « processus Bayer » de raffinage de la bauxite en alumine. Il est très alcalin avec un pH d’environ 13. La quantité de résidus de bauxite produite par une usine d’alumine ou une raffinerie dépend principalement de la composition de la bauxite (pays d’origine) et des conditions d’extraction. Le résidu de bauxite est fortement influencé par différents facteurs tels que la teneur en aluminium, le type d’oxyde d’aluminium, le type d’hydroxyde présent (en particulier le gypse, le diaspore ou la boehmite), mais aussi la température et le niveau de pression utilisés dans la transformation de la bauxite en aluminium. En fait, le résidu de bauxite après le processus de production d’aluminium peut varier de 0,5 à 2,5 tonnes de résidu par tonne d’alumine produite, bien qu’il se situe généralement entre 1 et 2 tonnes de résidu par tonne d’alumine produite.

Depuis 1893, c’est le « procédé Bayer » qui est le plus utilisé et il existe environ plus d’une centaine d’usines utilisant ce procédé dans le monde, dont plus de 60 en Chine . C’est en Chine et en Inde que le nombre de raffineries d’alumine continue d’augmenter rapidement, afin de répondre à la demande croissante d’aluminium, qui connaît un taux de croissance moyen de 6 %. Par conséquent, l’augmentation annuelle des résidus de bauxite devrait atteindre 120 millions de tonnes, qui viendront s’ajouter à la quantité déjà existante d’anciens résidus de bauxite, estimée à près de trois milliards de tonnes.

2. Composition des résidus de bauxite

La bauxite contient des résidus constitués d’oxyde de fer, d’oxyde de titane, de silice et d’alumine non dissoute. Ces matériaux sont mélangés à d’autres oxydes en fonction du pays d’origine de la bauxite brute. La forte concentration de composés de fer présents dans les résidus de bauxite est responsable de la couleur rougeâtre et donc du nom de « boue rouge ». Le tableau 1 présente la composition chimique typique et le tableau 2 la composition minérale typique.


Tableau 1. Composition chimique
Composition Composition en pourcentage
Fe2O320 – 45
Al2O310 – 22
TiO24 – 20
CaO0 – 14
SiO25 – 30
Na2O2 – 8
Tableau 2. Composition minéralogique
Composition Composition en pourcentage
Hematite (Fe2O3)10 – 30
Magnetite (Al2O3)0 – 8
Goethite (FeOOH)10 – 30
Silica (SiO2)3 – 20
Calcium aluminate (3CaO.Al2O3.6H2O)5 – 2 – 20
Titanium Dioxide (TiO2)2 – 15
Muscovite (K2O.3Al2O3. 6SiO2.2H2O)0 – 15
Calcite (CaCO3)2 – 20
Kaolinite (Al2O3. 2SiO2.2H2O)0 – 5
Sodalite (2Na2O.3Al2O3.6SiO2.Na2SO4)4 – 10
Gibbsite (Al(OH)3)0 – 5
Perovskite (CaTiO3)0 – 12
Cancrinite (Na6[Al6Si6O24.2CaCO3)0 – 50
Diaspore (a-AlO(OH))0 – 5
Boehmite (g-AlO(OH))0 – 20

4. Processus global et intégration de l’équipement

La boue de résidus de bauxite générée par les raffineries d’alumine du procédé Bayer , est diluée dans des silos de lavage pour diminuer la concentration de soude à 70-80 g/l avec une concentration solide de 7-10 %. La température nécessaire pour le processus de lavage est comprise entre 70 et 80 °C. Les boues rouges sont essentiellement composées, d’environs 80 % de boue et 20 % de particules solides de silice supérieures à 100 µm. Deux étapes de cyclonages sont nécessaires pour séparer ces particules de silice dans les résidus de bauxite. Un premier étage où la sousverse récupére les particules de silice , la surverse qui récupère ces résidus et les envoie vers des silos de stockage . Un deuxième étage d’hydrocyclones permet de concentrer davantage la fraction de silice et de séparer les fines indésirables.

La pulpe de souverse du deuxième étage de cyclonage est envoyée sur un crible essoreur de type linéaire sous eaux . Lié aux conditions abrasives importantes , les équipements du crible et les hydrocyclones AKA-VORTEX sont en polyuréthane très résistant à l’usure et à la température.

Ce procédé de traitement par voie mécano-humide , qui a déjà fait ses preuves sur des sites spécifiques, est complété par un système de surveillance et de contrôle. Des débitmètres, des manomètres et des régulateurs de pression, des capteurs de température ainsi que des points d’échantillonnage avant et après chaque étape sont intégrés pour assurer cette supervision .

5. Hydrocyclone AKA-VORTEX Principe et sélection

En principe, l’hydrocyclone est une centrifugeuse à bol solide de conception « mince ». Il peut être comparé à une centrifugeuse tubulaire à grande vitesse, mais aussi à un décanteur à long tube. Dans le cas de l’hydrocyclone, cependant, le corps est stationnaire. Une rotation est initiée par le flux provenant de l’alimentation tangentielle sous la pression de la pompe. Le fluide est soumis à des forces centrifuges qui entraînent la création d’un tourbillon primaire dirigé vers le bas et d’un tourbillon secondaire interne dirigé vers le haut. Cela entraîne un effet de ségrégation des particules présentes dans le fluide, en raison d’une sédimentation radiale vers l’extérieur.

L’hydrocyclone AKA-VORTEX se compose de plusieurs sections remplaçables reliées par des colliers et des brides.

6. Sélection des cribles essoreur

Les cribles essoreur permettent d’élimer une grande partie de l’eau présente dans la pulpe venant de la sousverse des hydrocyclones en amont . Moins d’humidité rend plus facile le transport de ces matieres soit par bandes transporteuses soit par camions .

Contrairement au crible de classification à mouvement circulaire, le crible essoreur a un mouvement linéaire. Les vibrations créées génèrent un lit de matériaux où l’eau passe à travers les mailles des panneaux modulaires et les particules des matériaux sont transportés vers la goulotte d’évacuation. Dans le cas du traitement de la bauxite , il est nécessaire d’utiliser des matériaux résistants à l’usure tel que des aciers inoxydables.

Pour l’utilisation du sable sortant du crible, un lavage supplémentaire avec de l’eau propre doit être envisagé afin de bien neutraliser le produit.

Cette opération vise à nettoyer davantage le sable et le rendre moins caustique, permettant son utilisation dans plusieurs applications.

Pour assurer cette opération de lavage supplémentaire , des rampes de lavage sont installées sur chaque étage de criblage . Cette eau , sous pression , sera éliminée à travers les perforations des grilles de crible. Les grilles seront dimensionnées en fonction du débit total .

7. Conclusions

Dans cet article, le traitement des résidus de bauxite (boue rouge), qui sont des déchets dangereux générés au cours du « processus Bayer » de production d’alumine, a été passé en revue. Ces résidus sont conservés en raison de leur impact environnemental à long terme, alors que les applications appropriées pour les résidus de bauxite font cruellement défaut. Cependant, ces résidus peuvent être traités de différentes manières, et en particulier grâce à un traitement approprié, ils peuvent être réduits de manière significative. AKW Equipment and Process Design a acquis ces connaissances au travers de plusieurs années de coopération étroite avec les principales raffineries d’aluminium et a pu développer des solutions qui offrent des traitements appropriés pour la chaîne de valeur de la bauxite, en se concentrant sur le traitement des déchets générés et en visant une réduction de l’impact sur l’environnement et la réutilisation d’une partie du flux de déchets. En tant que telles, ces solutions de traitement uniques contribuent à intégrer le concept d’économie circulaire dans cette industrie exigeante et en pleine croissance. Les hydrocyclones AKA-VORTEX, fabriqués en polyuréthane (PU) très résistant à l’usure et à la température, sont un ajout important à l’industrie de l’alumine. Leur conception unique garantit une taille de coupe spécifique pour la séparation, tout en offrant la flexibilité nécessaire pour ajuster les spécificités de la séparation afin de maximiser le rendement global de la production et de minimiser la demande d’énergie.
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8. Références

Paper

 

  • S.A. Bibanaeva and N.A. Sabirzyanov (2020), Promising Methods for Red Mud Processing, IV Congress “Fundamental research and applied developing of recycling and utilization processes of technogenic formations”

 

  • Zhong, L., Zhang, Y. and Yi, Z. (2009). Extraction of Alumina and Sodium Oxide from Red Mud by a Mild Hydro-Chemical Process. Journal of Hazardous Materials, issue 172(2-3), pp. 1629–

Sites internet

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