Etude expérimentale et modélisation d'un procédé semi-continu de neutralisation d'une solution d'acide sulfurique par une suspension de calcite conduisant à la formation de gypse par conversion et par précipitation

• Main Author: Bard, Frédéric
• Language: FRE
• Published: Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne 2011
• Subjects: [SPI:OTHER] Engineering Sciences/Other; Gypse; Acide sulfurique; Calcite; Neutralisation en réacteur semi-ouvert; Conditions opératoires; Simulation; Conversion; Précipitation
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00716458; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/71/64/58/PDF/Bard-FrA_dA_ric-diff.pdf

Cette étude aborde la formation de gypse résultant de la neutralisation d'une solution d'acide sulfurique par ajout d'une suspension de calcite dans un réacteur semi-ouvert. La phénoménologie et l'impact des paramètres opératoires sont documentés par des prélèvements de solution et de solides analysés hors ligne, qui permettent d'évaluer les écarts à l'équilibre générés à divers stades du mélange et les caractéristiques géométriques du gypse précipité. La solubilité du gypse est évaluée en fonction de la température et de la concentration en sulfate via un modèle de spéciation. Selon les conditions opératoires utilisées, le gypse peut se former à la surface de la calcite par conversion partielle ou en solution par précipitation. La modélisation du procédé est conduite en deux étapes. La conversion est simulée à partir d'un modèle de grain à cœur rétrécissant, adapté pour représenter la dissolution de la calcite et la croissance d'une couche poreuse de gypse. La précipitation en solution est simulée par un bilan de population et résolu par une méthode des caractéristiques. Les paramètres des lois de germination et de croissance sont évalués par un algorithme d'optimisation. Le modèle de conversion rend compte de la sensibilité du processus à l'acidité de la solution et à la taille des particules de calcite. Le modèle de précipitation fournit des profils de sursaturation et de distribution granulométriques simulés cohérents avec les profils expérimentaux. Le contrôle du procédé repose surtout sur l'ajustement de la concentration en acide, qui détermine la vitesse de dissolution de la calcite et la proportion de gypse formé par remplacement.