Valorisation des résidus de bauxite pour l’épuration des gaz d’une aluminerie (CO2 et SO2)

Le projet a permis de réaliser des travaux visant l’utilisation des résidus de bauxite pour le traitement des gaz issus d’une aluminerie. Générés lors de la production de l’alumine par le procédé Bayer, les résidus de bauxite sont généralement stockés dans des bassins de sédimentation. Leur valorisation a fait l’état de nombreux travaux, mais la mise en application demeure peu répandue. Le principal problème étant lié au caractère caustique du matériel, qui lui confère des propriétés de matière résiduelle dangereuse. Au Saguenay, Rio Tinto Aluminium génère annuellement près d’un million de tonnes de résidus à l’usine Vaudreuil sur le complexe Jonquière. La proximité entre la production d’alumine et des alumineries (d’où l’aluminium primaire est produit) est un contexte particulier qui a poussé la mise en place des travaux de recherche du présent projet. Est-il possible d’utiliser les résidus de bauxite pour réduire les émissions de CO2 et de SO2 des alumineries ? Quelles sont les avenues de valorisation pour les sous-produits de réaction? Tels étaient les deux objectifs du présent projet.

La réalisation du premier objectif a été effectuée au travers de travaux de doctorat. Plusieurs approches ont été testées. La première en phase aqueuse a permis de valider la réactivité maximale du matériel et a permis l’obtention des meilleurs rendements. Néanmoins, cette approche est irréaliste d’un point de vue de son application. En effet, dans un futur proche, le matériel sera filtré. La phase liquide obtenue après filtration sera retournée dans le procédé de fabrication d’alumine, car elle contient une partie importante de caustique non réagit. La réaction avec le gaz doit donc prendre place après la filtration. Remettre le matériel sous forme de pulpe est contre-productif et verrait à doubler l’opération de filtration qui représente en soi un important investissement. Les travaux se sont donc tournés vers une opération en conditions sèches et humides. En conditions sèches, des opérations en lit fluidisé et fixe ont été réalisées. Dans les deux cas, les rendements de captation de gaz et de conversion du matériel sont trop faibles et indiquent que la présence d’eau est indispensable. L’utilisation du matériel avec 30 % d’humidité a donc été privilégiée. L’étude réalisée en lit fixe a donc permis de déterminer l’implication de différents paramètres comme le type de réacteur, le type de diffuseur de gaz, l’effet de l’humidité, de la vitesse du gaz et le temps de réaction. Pour chaque essai, la teneur en CO2 enlevée du gaz a été mesurée, le pH observé en différents points pour valider la bonne réaction sur l’ensemble du lit ainsi que le taux de carbone ajouté dans le matériel après réaction. Les travaux sont actuellement réalisés sur un gaz contenant du CO2 et du SO2. Globalement, les rendements observés restent trop faibles pour que cette approche soit considérée comme moyen de réduction du CO2. Les travaux ont cependant permis d’apporter de nouveaux éléments dans la compréhension du matériel en contact avec différents mélanges de gaz.

Le deuxième objectif a fait l’objet de travaux de maitrise. La première partie s’est intéressée à la neutralisation du matériel par les gaz. Les essais ont été réalisés en suivant le protocole identifié dans la littérature, à savoir en phase aqueuse sous agitation. Les tests réalisés avec le CO2 pur et dilué ont montré que le pH pouvait être réduit à 8 après quelques heures d’injection de gaz. Cependant, un an après l’arrêt de l’injection, le pH remonte aux alentours de 10. Avec les SO2, l’effet est beaucoup plus important et rapide avec un pH aux alentours de 4 en quelques minutes. Lorsqu’un mélange CO2/SO2 est employé, le comportement est similaire à celui observé avec le CO2. Des tests de granulation ont été réalisés et ont démontré un certain potentiel qui pourrait faire l’objet de futurs travaux.