Comment prévenir le tartre de gypse

Les membranes d'osmose inverse (OI), de nano-filtration (NF) et d'ultra-filtration (UF) sont utilisées depuis longtemps dans l'industrie du dessalement pour traiter l'eau de mer et l'eau saumâtre. Cependant, à mesure que la population mondiale augmente[1], il est impératif de rendre disponible plus d'eau douce et propre. C'est pourquoi Genesys International a orienté son expertise vers la fourniture d'antitartres et de nettoyants à une industrie moins traditionnelle : l'exploitation minière.

Selon un article de 2012 de Paulina Szyplinska, l'exploitation minière est le quatrième consommateur d'eau dans le monde[2], mais 90 % de l'eau de mine est recyclable grâce à des technologies telles que l'osmose inverse ou la NF. Bien qu'il s'agisse encore d'une application relativement nouvelle de la technologie des membranes de filtration de l'eau, le nombre d'usines associées aux opérations minières a considérablement augmenté au cours des 10 dernières années.

Il existe un défi spécifique qui affecte les usines de filtration d'eau de mine - des niveaux élevés de solides dissous totaux (TDS), ce qui entraîne une forte tendance à la formation de tartre, en particulier de sulfate de calcium (CaSO4) ou de gypse.

Ces conditions ne correspondent pas aux paramètres de fonctionnement recommandés par les fabricants de membranes. Pour cette raison, l'industrie de la technologie membranaire a traditionnellement rejeté le secteur minier en tant que source d'activité, le considérant tout simplement trop difficile pour en valoir la peine.

Cependant, malgré cela, il semble que les opérateurs miniers investissent de plus en plus dans la filtration membranaire RO et NF, attirés par l'avantage de la récupération améliorée des métaux ainsi que par la capacité à nettoyer les eaux usées. Grâce à ses propres recherches, Genesys International a identifié jusqu'à 389 mines utilisant actuellement la filtration membranaire, dont 301 mises en service depuis 2009.

La société pense qu'avec la bonne chimie et un esprit ouvert, il est possible non seulement d'inhiber le tartre complexe, mais aussi de nettoyer efficacement les membranes encrassées et entartrées pour restaurer leurs performances. Et il semble que d'autres commencent à comprendre. L'équipe de Genesys a récemment été encouragée par les commentaires suivants dans un article de Darryl Butcher, directeur de BDB Process, Australie, concernant deux projets d'usine de membranes dans lesquels il avait été impliqué en Afrique[3] : « Aucune de ces applications n'a utilisé les membranes choisies dans les fenêtres de fonctionnement recommandées publiées par les fabricants, mais les deux ont été techniquement et commercialement, très réussies et ont toutes deux dépassé les performances prévues utilisées pour justifier les dépenses en capital du projet… Il semble probable que les membranes seront appliquées dans une large gamme d'applications pour améliorer les résultats des processus.

Contrairement aux autres types de détartrage, le CaSO4 est indépendant du pH. Cela signifie que l'ajout d'un acide ou d'un alcali n'aura aucun effet sur la prévention de la formation de tartre. Genesys a développé deux nouveaux antitartres – Genmine AS26 et Genmine AS65 – qui sont capables d'inhiber le CaSO4 à des pH bas et élevés (jusqu'à des niveaux de saturation x8-10).

Genmine AS26 est particulièrement résistant aux conditions acides, ce qui est rare pour un antitartre. Formulé et perfectionné grâce à des tests rigoureux, il peut inhiber le CaSO4 à des valeurs de pH aussi basses que 1-2 (Fig. 1). Cela signifie qu'aucun prétraitement coûteux n'est nécessaire pour neutraliser les effluents miniers pour que l'antitartre fonctionne. Cela devrait se traduire par des économies de CAPEX et d'OPEX, tout en rendant encore plus faisable la récupération des métaux et de l'eau propre à partir des déchets de résidus.

Bien sûr, toutes les eaux de mine ne sont pas acides, c'est pourquoi l'entreprise a également développé Genmine AS65, qui est capable d'inhiber le tartre CaSO4 à des niveaux de saturation de x8-10 (Fig. 2) à des valeurs de pH neutres et alcalines. Ceci est particulièrement pertinent pour les procédés de lixiviation en tas au cyanure alcalin, où des membranes sont utilisées pour concentrer à la fois les liqueurs mères et stériles. En fournissant des produits spécifiques aux eaux de mine acides et alcalines, la société est en mesure de fournir la bonne chimie pour potentiellement toute eau de mine qui est affectée par le tartre de gypse.

Si le tartre de gypse s'est déjà accumulé, peut-être en raison de l'utilisation d'antitartres inefficaces ou d'un dosage inapproprié, l'enlever sans endommager la membrane est difficile, mais pas impossible. Cela doit être fait aussi rapidement que possible pour éviter que le tartre lui-même ne cause des dommages irréversibles à la surface de la membrane.

Le tartre de CaSO4 forme initialement des particules en forme d'aiguilles. Il peut ensuite former des plaquettes et des rosettes, qui peuvent endommager la surface de la membrane par abrasion. Cela conduira finalement à des indentations et des trous dans la surface, affectant les propriétés de rejet de sel de la membrane et augmentant son flux (permettant à plus d'ions de passer).

Le prétraitement correct et l'utilisation efficace de nos antitartres spécialisés réduiront considérablement l'entartrage. Cependant, si les conditions d'alimentation changent constamment ou si, à un moment donné, la limite de saturation de l'antitartre est dépassée, du tartre se formera quand même.

Comme mentionné ci-dessus, le tartre au sulfate de calcium est particulièrement difficile à contrôler et, contrairement au tartre au carbonate de calcium, l'ajout d'acide n'aidera pas.

Suite à des recherches approfondies, Genesys a développé trois nouveaux produits de nettoyage spécialement conçus pour répondre à ces problèmes : Genmine C07 (pH neutre) et Genmine C15 et Genmine C17 (pH élevé). Tous les trois se sont révélés très prometteurs dans l'élimination du CaSO4, surpassant largement les nettoyants traditionnels lors des tests.

Une entretoise Vexar fortement entartrée a été pesée avant et après le nettoyage, la différence entre les poids donnant un aperçu des performances du nettoyeur. Après un nettoyage de trois heures, Genmine C17 a éliminé 99,3 % du tartre, Genmine C15 a éliminé 96,5 % et Genmine C07 a éliminé 93,3 %.

Le dosage des produits chimiques membranaires est particulièrement sensible dans les conditions difficiles créées par l'eau de mine. Un outil qui peut aider ici est le logiciel Membrane Mine Master (MMM), développé spécifiquement pour prédire le dosage antitartre approprié pour les installations à membrane RO, NF ou UF utilisées pour filtrer l'eau de mine. Ce nouveau logiciel enfreint les règles des logiciels de prédiction d'échelle conventionnels en fonctionnant sur toute la plage de pH (1-14), alors que la plupart sont limités à une plage de pH étroite, généralement 5-9.

Sur la base des spécificités de l'usine saisies, en particulier des détails de la chimie de l'eau, il recommandera un antitartre et un débit de dose appropriés, et donnera la possibilité de produire un rapport de synthèse.

Le logiciel est actuellement testé à l'aide de données de site réel et sa précision continuera d'être améliorée au fur et à mesure que de nouvelles données de terrain sur les performances des antitartres seront disponibles.

Les sociétés minières adoptent de plus en plus la technologie des membranes à la fois pour améliorer la récupération des métaux et pour traiter les eaux usées complexes, que ce soit pour les réutiliser ou les rejeter dans l'environnement.

Genesys a reconnu la nécessité d'offrir un meilleur soutien à la communauté minière et a relevé le défi. Ses antitartres spécialisés peuvent empêcher la formation de tartre CaSO4 à des niveaux de saturation allant jusqu'à 8 à 10 fois la solubilité normale, sur toute la plage de pH, sans prétraitement supplémentaire et ses produits de nettoyage dédiés sont capables d'éliminer complètement le tartre de gypse, restaurant les performances de l'usine à membrane, à condition qu'ils soient utilisés assez tôt.

Le logiciel Membrane Mine Master peut aider les opérateurs à déterminer les taux d'antitartre et de dose appropriés pour limiter le tartre et réduire les coûts associés au prétraitement et à l'élimination des eaux usées.

En plus de la gamme de produits spécifiques au CaSO4, la société propose des antitartres pour prévenir les dépôts de silice, de carbonate de calcium, de sulfate de baryum et de métaux couramment rencontrés dans les mines. Elle propose également une gamme de produits de nettoyage pour lutter contre l'encrassement par l'argile, le fer et d'autres métaux et matières organiques, y compris le biofilm.

LES RÉFÉRENCES

1 Population mondiale de huit milliards et en croissance : nous ne pouvons pas continuer comme ça, McKie, R (2019)

2 Monde minier assoiffé : Récolter de nouvelles solutions pour l'eau, Szyplinska, P (2012)

3 Examen de la technologie membranaire en tant qu'outil de processus, Butcher, D (2020)

Gregory Gibson, Stephen Chesters et Max Fazel sont avecGenesys International