Nom : VALMIN

Type : WBGreen

Date d'acceptation : 26/09/2012

Acronyme : Valmin

Titre : Etude et modélisation d'une cristallisation fractionnée d'éléments inorganiques dans les eaux de process d'une industrie chimique

Durée : 42 mois

Promoteur : Alain Vande Wouwer, Université de MonsUnité : Centre BioSys

Résumé

Tout comme les énergies fossiles, les composés inorganiques tels que le phosphore et le fluor sont exploités surdes gisements finis. Certaines études montrent que le pic de production est déjà atteint pour certains d'entreeux, menant ainsi à une flambée des prix sur le marché mondial.

L'optimisation des procédés de production et la récupération de ceux-ci dans les effluents en font donc unepriorité dans le secteur industriel. Ces composés inorganiques se retrouvent en partie dans les effluentsd'industrie phosphatière.

Ils sont généralement traités par précipitation sous forme de sel de Calcium, formantainsi des boues potentiellement revalorisables par recyclage dans le procédé de production d'acidephosphorique ou revendues directement comme produit.

Cette simple précipitation produit des boues à des concentrations de phosphore /fluore fortement variables,des teneurs en eau élevées et présentant une filtrabilité difficile. Les éléments récupérés sont doncglobalement peu valorisables.

La séparation physique de chaque élément est une première étape dansl'obtention d'une matière solide à plus haute valeur ajoutée. Ceci peut-être réalisé par précipitationfractionnée.

Le résultat menant à une boue de même consistance que précédemment décrit ; engendrant ainsides coûts de séchage et de transport importants.Parmi les techniques de traitement actuellement disponibles, des méthodes de cristallisation permettentl'obtention de matière solide non plus sous forme de boues mais de cristaux voire même de pellet. Sous cetteforme, la matière solide présente une filtrabilité aisée et des teneurs en eau réduites.

Ce type de réactionprend généralement place dans des systèmes à lits fluidisés. Dans ce type de système, un taux de recirculationest appliqué pour maintenir des taux de sursaturation faibles, et favoriser ainsi la croissance des cristaux plutôtque l'apparition de nouveaux nucléi.

Ce type de procédé a été jusque là appliqué sur des effluents de type station de traitement municipale ou dedigesteur, et donc conçu pour accepter des concentrations basses avec de faibles variations. Le partenaireindustriel est lui confronté à des charges bien plus importantes et intermittentes.

Or dans les lits fluidisés,l'énergie nécessaire à la recirculation étant proportionnelle à la concentration en entrée du procédé, lesconcentrations rencontrées chez le partenaire mèneraient à une dépense d'énergie importante dans unréacteur de ce type ; cette dépense d'énergie pouvant même dépasser les bénéfices obtenus sur la filtration etle séchage des matières solides.

Ce procédé ne peut donc être transposé directement au cas de l'industrievisée. Les paramètres hydrodynamiques du réacteur et cinétiques de chaque réaction sont les paramètresprimordiaux à l'obtention d'une méthode de cristallisation robuste, fiable et économiquement viable.

Les outilsde modélisation couplés à une connaissance fine de l'ensemble des équilibres et interactions prenant placedans chaque étape de traitement permettraient le dimensionnement d'installations adaptées, mais aussid'évaluer la robustesse du procédé face aux variations de débit et concentrations en entrée d'installation.

Cet outil pourra mener à la création d'une installation pilote pour validation chez le partenaire industriel.