CA3109777A1 - Procede de traitement d'effluent aqueux - Google Patents

Abstract

Une formulation de floculation comprenant au moins un agent de floculation, ledit agent étant un copolymère préparé à partir d'au moins un monomère non ionique et d'au moins un monomère anionique; au moins un tensioactif choisi dans le groupe constitué par les esters d'acide gras, et au moins un composé de formule (l) Où R1 = H ou un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant X atomes de carbone, X étant compris entre 3 et 20, R2 est un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant Y atomes de carbone, Y étant compris entre 3 et 20, et X + Y = 6 à 30. Un procédé de préparation de la formulation, un procédé de traitement d'un effluent aqueux de particules solides à l'aide de ladite formulation, et une utilisation de ladite formulation pour traiter un effluent aqueux de particules solides.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE TRAITEMENT D'EFFLUENT AQUEUX
Domaine de l'invention L'invention concerne une formulation de floculation. L'invention concerne également le traitement de résidus miniers sous la forme d'effluents aqueux comprenant des particules solides. Le procédé de l'invention permet de séparer tout ou partie de l'eau d'un effluent aqueux comprenant des particules solides.
Art antérieur De nombreuses méthodes d'extraction minière produisent des résidus sous la forme d'effluents aqueux comprenant des particules solides. Par exemple, la production d'hydrocarbures à partir de sables bitumineux ou pétrolifères conduit à de tels résidus miniers. Ainsi, la gestion des résidus miniers constitue un défi de taille pour l'industrie minière, notamment depuis le début de l'exploitation des sables pétrolifères.
Il incombe donc aux exploitants de déterminer la façon d'éliminer ces sous-produits de manière sécuritaire et efficace. Le défi est d'autant plus considérable du fait de l'importance de la taille des exploitations de sables pétrolifères.
De manière générale, l'exploitation minière produit également de tels résidus ou matériaux de rebut, notamment lors de l'extraction de minerais pour la production de charbon, de diamant, de phosphate ou de différents métaux, par exemple aluminium, platine, fer, or, cuivre, argent, etc. De tels résidus peuvent également résulter de la transformation de minerais ou encore de procédés industriels ou de lavage.
Les résidus miniers peuvent prendre différentes formes, notamment de boues. En général, il s'agit de suspensions de particules solides dans de l'eau.
Généralement, les résidus miniers des sables pétrolifères se composent donc d'eau, d'argile, de sable et d'hydrocarbures résiduels provenant du processus d'extraction.
Les pratiques courantes de l'industrie consistaient jusqu'à présent à pomper les résidus dans de vastes bassins de décantation. Par la suite, la matière la plus lourde, principalement du sable, se dépose au fond, tandis que l'eau monte à la surface et peut être recyclée. La couche intermédiaire, connue sous le nom de résidus fins mûrs (MFT ou mature fine tailings), est généralement composée à 70 % d'eau et à 30 % de particules Date Reçue/Date Received 2021-02-22

2 d'argile fines. Naturellement, la couche de résidus fins mûrs pourrait prendre des siècles à
se solidifier. Le développement continu de l'exploitation minière a nécessité
la création d'un nombre croissant de bassins de décantation toujours plus importants.
Ainsi, les boues minérales produites par des procédés de traitement physiques ou chimiques des sables bitumineux sont stockées dans des bassins à ciel ouvert, des étangs, des barrages de rétention ou des remblais sous forme semi-liquide. Ces grands volumes de boue stockée créent par conséquent un véritable danger, en particulier en cas de rupture des digues.
Notamment du fait des impératifs techniques, environnementaux ou réglementaires, il est désormais nécessaire de trouver un moyen d'accélérer ou d'améliorer l'efficacité de la transformation des résidus fins mûrs en un dépôt ferme pouvant ensuite être réhabilité. La remise en état des sols suite à l'exploitation minière est rendue obligatoire par la législation environnementale. L'accélération du traitement des résidus miniers est également nécessaire, notamment en augmentant la vitesse de sédimentation des résidus afin de recycler l'eau efficacement ainsi que pour réduire le volume de résidus.
De manière générale, la séparation et le recyclage de tout ou partie de l'eau présente au sein des effluents aqueux miniers constituent des buts essentiels lors de l'exploitation minière. Ainsi, les procédés de traitement d'effluents aqueux comprenant des particules solides ont comme but essentiel d'améliorer le rendement de séparation de l'eau, notamment dans le but de recycler l'eau séparée ainsi que de permettre la manipulation aisée du résidu final. L'augmentation de ce rendement net de séparation de l'eau (NWR ou net water release) constitue un but important des procédés de traitement des effluents aqueux comprenant des particules solides.
On connaît des méthodes de traitement physique de ces résidus miniers, par exemple la centrifugation, la filtration, l'électrophorèse et l'électrocoagulation.
D'autre part, des procédés chimiques émergent. On connaît par exemple des procédés impliquant l'addition de produits chimiques, tels que le silicate de sodium, des floculants organiques, des coagulants inorganiques, des agents d'oxydation, des agents de réduction ou encore du dioxyde de carbone. On connaît également l'utilisation de polymères synthétiques ou naturels comme des coagulants ou des floculants, pour séparer les solides du liquide.
Date Reçue/Date Received 2021-02-22

3 Les tensioactifs naturels tels que les acides naphténiques sont largement présents dans les eaux de process issues de l'exploitation des sables bitumineux. En raison d'une politique zéro rejet , les eaux de process ne peuvent pas être rejetées dans l'environnement et sont continuellement recyclées et réutilisées pour le procédé d'extraction du bitume (Xue et al. Sci. Total Environ. 2018, vol.627, 916-933). De fait, la concentration en acides naphténiques dans les eaux de process a continûment augmenté durant les quarante dernières années (Chongchong et al. Fuel 2019, vol.253, 1229-1246), atteignant des concentrations estimées à 40-120 mg/L (Al Jibouri et al. J. Process Control. 2018, vol.66, 1-11) et rendant les eaux de production susceptibles de facilement mousser et de compliquer la dissolution des floculants à l'échelle industrielle.
Le problème à résoudre est la lubrification du polymère lors de l'étape de broyage et d'empêcher la présence de mousse lors de la dissolution du polymère qui se trouve sous forme poudre.
Sommaire de l'invention Selon un premier aspect l'invention concerne une formulation de floculation comprenant :
- Au moins un agent de floculation, ledit agent étant un copolymère préparé
à partir d'au moins un monomère non ionique et d'au moins un monomère anionique, - Au moins un tensioactif choisi parmi les esters d'acide gras, - Au moins un composé additionnel ayant la formule (I), Formule I
dans laquelle, R1 est un atome d'hydrogène ou un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant X atomes de carbone compris entre 3 et 20, R2 est un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant Y atomes de carbone compris entre 3 et 20.
et X + Y = 6 à 30 atomes de carbone.
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4 De nombreux composés peuvent être utilisés comme agent de floculation pour le procédé
selon l'invention. Il s'agit notamment d'un copolymère préparé à partir d'au moins un monomère non-ionique et à partir d'au moins un monomère anionique.
Optionnellement, le copolymère est préparé en outre à partir d'au moins un monomère cationique et/ou d'au moins un monomère présentant un caractère hydrophobe.
Le ou les monomères non ioniques pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention peuvent être choisis, notamment, dans le groupe comprenant les monomères vinyliques solubles dans l'eau. Des monomères préférés appartenant à cette classe sont, par exemple, l'acrylamide, le méthacrylamide ; le N-isopropylacrylamide ; le N,N-diméthylacrylamide ; le N, N diéthylacrylamide ; le N-méthylolacrylamide ; la N-vinylformamide ; le N-vinyl acetamide ; la N-vinylpyridine ; la N-vinylpyrrolidone ; l'acryloyl morpholine (ACMO), le méthacrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycéryle et la diacétone acrylamide. Un monomère non ionique préféré est l'acrylamide.
Le ou les monomères non-ioniques sont de préférence utilisés en une quantité
allant de 50 à 90 % en moles, plus préférentiellement de 30 à 45 % en mole, par rapport au nombre total de moles de monomères. De manière particulièrement préférée selon l'invention, le copolymère est un copolymère préparé à partir d'acrylamide.
De manière particulièrement préférée selon l'invention, l'agent de floculation est un copolymère préparé à partir d'acrylamide.
Le ou les monomères anioniques pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention peuvent être choisis parmi les monomères comprenant au moins une fonction acide carboxylique ;
les sels de monomères comprenant au moins une fonction acide carboxylique ;
les monomères comprenant au moins une fonction acide sulfonique ; les sels de monomères comprenant au moins une fonction acide sulfonique; les monomères comprenant au moins une fonction acide phosphonique; les sels de monomères comprenant au moins une fonction acide phosphonique.
Le ou les monomères anioniques sont de préférence utilisés en une quantité
allant 10 à 70 % en moles, de préférence allant de 20 à 55 % en moles, par rapport au nombre total de moles de monomères.
Comme exemples de monomères anioniques choisis pour préparer l'agent de floculation selon l'invention, on peut citer l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide crotonique, l'acide maléique, l'acide fumarique, l'acide 2-acrylamido-méthylpropanesulfonique, l'acide vinylsulfonique, l'acide vinylphosphonique, l'acide Date Reçue/Date Received 2021-02-22

5 allylsulfonique, l'acide allylphosphonique, l'acide styrènesulfonique et les sels solubles dans l'eau correspondants. Les sels solubles dans l'eau de ces monomères anioniques sont typiquement des sels d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux et d'ammonium.
Les monomères anioniques particulièrement préférés sont l'acide acrylique, l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique et leurs sels correspondants.
De manière optionnelle l'agent de floculation est un copolymère préparé
également à partir d'au moins un monomère cationique.
Le ou les monomères cationiques pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention peuvent être choisis parmi les sels de diallyldialkyl ammonium ; les sels acidifiés ou quaternisés d'acrylates de dialkylaminoalkyle ; les sels acidifiés ou quaternisés de méthacrylates de dialkylaminoalkyle ; les sels acidifiés ou quaternisés de dialkyl-aminoalkylacrylamides et les sels acidifiés ou quaternisés de dialkyl-aminoalkyméthacrylamides.
Le ou les monomères cationiques sont de préférence utilisés en une quantité
allant 0,01 à
10 % en moles, de préférence allant de 0,1 à 4 % en moles, par rapport au nombre total de moles de monomères.
Comme exemples de monomères cationiques choisis pour préparer l'agent de floculation selon l'invention, on peut citer le chlorure de diallyl diméthyl ammonium (DADMAC), l'acrylate de dialkylaminoéthyle (ADAME), le méthacrylate de dialkylaminoéthyle (MADAME), l'acrylamido-propyl triméthyl ammonium chlorure (APTAC), le méthacrylamido-propyl triméthyl ammonium chlorure (MAPTAC).
Les sels acidifiés peuvent notamment être obtenus par protonation. Les sels quaternisés peuvent être obtenus par réaction avec le chlorure de benzyle, le chlorure de méthyle (MeCI), les chlorures d'aryle, d'alkyle ou les dialkylsulfates comme le diméthylsulfate.
De manière optionnelle l'agent de floculation est un copolymère préparé
également à partir d'au moins un monomère présentant un caractère hydrophobe.
Le ou les monomères présentant un caractère hydrophobe pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention peuvent être choisis choisi parmi les esters de l'acide acrylique comprenant une chaîne alkyle, arylalkyle ou éthoxylée ; les esters de l'acide méthacrylique comprenant une chaîne alkyle, arylalkyle ou éthoxylée ; les dérivés de l'acrylamide comprenant une chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle ; les dérivés du méthacrylamide comprenant une chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle. Lorsqu'on utilise un monomère Date Reçue/Date Received 2021-02-22

6 présentant un caractère hydrophobe pour la préparation de l'agent de floculation, sa quantité peut aller de 0,001 à 3 % en moles par rapport à la quantité totale de monomères.
De manière préférée, le copolymère selon l'invention est préparé à partir d'au moins un monomère non-ionique et à partir d'au moins un monomère anionique, par exemple en une proportion molaire de 70 % d'au moins un monomère non-ionique et 30 % d'au moins un monomère anionique.
De manière également préférée, l'agent de floculation a un poids moléculaire allant de 3 à
40 millions de g/mol. De même, le poids moléculaire de l'agent de floculation peut aller de 5 à 30 millions de g/mol.
Par poids moléculaire on entend le poids moléculaire moyen en poids (Mw). Le poids moléculaire est déterminé par des méthodes standard telles que par chromatographie par perméation de gel (CPG). Par exemple, le poids moléculaire moyen peut être déterminé
par des techniques d'étalonnage conventionnelles à l'aide d'acétate et des colonnes suivantes : TSK PWXL (Garde+G6000+G3000). L'oxyde de polyéthylène et le polyéthylène de glycol étalons peuvent être utilisés pour étalonner les colonnes.
Le poids moléculaire est déterminé par la viscosité intrinsèque du (co)polymère. La viscosité intrinsèque peut être mesurée par des méthodes connues de l'homme du métier et peut être calculée à partir des valeurs de viscosité réduite pour différentes concentrations en (co)polymère par méthode graphique consistant à relever les valeurs de viscosité réduite (axe des ordonnées) sur la concentration (axe des abscisses) et d'extrapoler la courbe jusqu'à concentration nulle. La valeur de viscosité intrinsèque est relevée sur l'axe des ordonnées ou en utilisant la méthode des moindres carrés. Le poids moléculaire peut alors être déterminé par l'équation de Mark-Houwink :
[ri] = K Ma [ri] représente la viscosité intrinsèque du (co)polymère déterminée par la méthode de mesure de viscosité en solution.
K représente une constante empirique.
M représente le poids moléculaire du (co)polymère.
a représente le coefficient de Mark-Houwink.
K et a dépendent du système particulier (co)polymère-solvant.
Les (co)polymères utilisés selon le procédé de l'invention en tant qu'agent de floculation peuvent être des (co)polymères de différentes formes. Notamment, il peut s'agir de Date Reçue/Date Received 2021-02-22

7 (co)polymères ramifiés, de préférence de (co)polymères ramifiés lors de la polymérisation des monomères utilisés pour leur préparation. Lors de la polymérisation, il est possible d'utiliser un agent de ramification ou de réticulation, et éventuellement un agent de transfert polyfonctionnel. Comme agent de ramification ou de réticulation, on peut citer les composés choisis parmi méthylène-bis-acrylamide (MBA), diacrylate d'éthylène glycol, diméthacrylate de polyéthylène glycol, acrylate de vinyloxyéthyle, méthacrylate de vinyloxyéthyle, triallylamine, glyoxal, les composés de type glycidyléther tel que l'éthylène glycol diglycidyléther, les composés comprenant au moins une fonction époxy, trimercaptotriazine, polyvinyl alcools, polyvinylamines. La quantité d'agent de ramification ou de réticulation mise en oeuvre est généralement inférieure à 4 % en poids par rapport à
la quantité de monomères.
Le composé additionnel est composé d'au moins un composé de formule (I) :

R, NR2 Formule I
dans laquelle, R1 est un atome d'hydrogène ou un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant X atomes de carbone compris entre 3 et 20, R2 est un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant Y atomes de carbone compris entre 3 et 20, et X + Y = 6 à 30 atomes de carbone.
Par radical carboné , on entend un radical ne comportant que des atomes de carbone et des atomes d'hydrogène.
Plus préférentiellement X + Y est compris entre 8 et 28, plus préférentiellement entre 10 et 26.
Da manière préférentielle le composé additionnel comprend au moins 2 composés différents de formule (II) et (III) :
Date Reçue/Date Received 2021-02-22

8 Ob 1-13CF401{4CH3 Formule II
dans laquelle m et m' sont égaux ou différents et compris chacun entre 3 et 9, préférentiellement entre 4 et 8.
H04/44.20HCH3 Formule III
dans laquelle n'est compris entre 5 et 8, préférentiellement entre 6 et 7.
Le tensioactif est choisi parmi les esters d'acide gras. Le tensioactif peut être choisi parmi le monostéarate de sorbitane, le tristéarate de sorbitane, le monolaurate de sorbitane, le monooléate de sorbitane, le monopalmitate de sorbitane, le trioleate de sorbitane, ou leurs mélanges. Preférentiellement le tensioactif est le monolaurate de sorbitane.
Le ratio massique composé additionnel:tensioactif est compris entre 20:1 et 1:1 préférentiellement entre 15:1 et 5:1, plus préférentiellement entre 6:1 et 12:1.
Préférentiellement la composition comprend pour 100% de sa masse :
- De 0,01 à 10 % massique, préférentiellement de 0,1 à 5% massique de composé
additionnel.
- De 0,01 à 10 % massique, préférentiellement de 0,1 à 5% massique de tensioactif.
- De 80 à 99,98 % massique, préférentiellement de 90 à 99,8% massique de floculant.
Selon un autre aspect l'invention concerne un procédé de préparation d'une formulation de floculation comprenant les étapes suivantes :
- Préparation d'une phase aqueuse comprenant au moins un monomère anionique et au moins un monomère non ionique, - Polymérisation en gel des monomères de la phase aqueuse, - Obtention d'un copolymère sous la forme d'un gel, Date Reçue/Date Received 2021-02-22

9 - Broyage du gel obtenu en présence d'au moins un composé additionnel et d'au moins un tensioactif La polymérisation en gel est une technique de polymérisation bien connue de l'homme de l'art qui consiste à polymériser des monomères hydrosolubles dans un milieu aqueux afin d'obtenir un gel qui est ensuite généralement coupé ou tranché, puis séché
afin d'obtenir un polymère en poudre.
Le gel est transformé en poudre de manière conventionnelle, par exemple en coupant la masse de gel en morceaux et/ou en extrudant une masse de gel par des orifices grossiers, en découpant éventuellement le gel avant ou après l'extrusion, et en séchant les morceaux de gel de manière conventionnelle, par exemple par chauffage.
Comme dit précédemment la préparation de l'agent de floculation est réalisée, par polymérisation en gel. Une post-hydrolyse ou une co-hydrolyse du polymère formé est également possible. De manière préférée, la polymérisation est une polymérisation par radicaux libres par voie gel. La polymérisation par radicaux libres peut inclure la polymérisation par radicaux libres générés au moyen d'initiateurs UV, azoïques, redox ou thermiques ainsi que les techniques de polymérisation radicalaire contrôlée (CRP) ou encore les techniques de polymérisation sur matrice.
Les initiateurs de polymérisation utilisés peuvent être tous les composés qui se dissocient en radicaux dans les conditions de polymérisation, par exemple : les peroxydes organiques, les hydroperoxydes, le peroxyde d'hydrogène, les persulfates, les composés azoïques et les catalyseurs rédox. L'utilisation d'initiateurs solubles dans l'eau est préférée. Dans certains cas, il est avantageux d'utiliser des mélanges de divers initiateurs de polymérisation, par exemple mélanges de catalyseurs redox et composés azoïques.
Les peroxydes et hydroperoxydes organiques appropriés sont, par exemple, le peroxodisulfate de sodium ou de potassium, le peroxyde d'acétylacétone, le peroxyde de méthyléthylcétone, l'hydroperoxyde de tert-butyle, l'hydroperoxyde de cumène, le perpivalate de tert-amyle, le perpivalate de tert-butyle, le perneohexanoate de tert-butyle, le perbuto-butylate de tert-butyle, hexanoate d'éthyle, perisononanoate de tert-butyle, permaléate de tert-butyle, perbenzoate de tert-butyle, per-3,5,5-triméthylhexanoate de tert-butyle et perneodécanoate de tert-amyle.
Les persulfates appropriés peuvent être choisis parmi les persulfates de métaux alcalins tel que le persulfate de sodium.
Date Reçue/Date Received 2021-02-22

10 Les initiateurs azoïques appropriés sont avantageusement solubles dans l'eau et choisis dans la liste suivante : dichlorhydrate de 2,2'-azobis- (2-amidinopropane), 2,2'-azobis (N, N'-diméthylène) dichlorhydrate d'isobutyramidine, 2-(azo(1-cyano-1-methylethyl))-2-methylpropane nitrile, 2,2'-azobis [2- (2 -dimidazoline-2-y1) propane]
dichlorhydrate et acide 4,4'-azobis (acide 4-cyanovalérique). Lesdits initiateurs de polymérisation sont utilisés en quantités habituelles, par exemple en quantités de 0,001 à 2%, de préférence de 0,01 à 1% en poids, par rapport aux monomères à polymériser.
En tant que composant oxydant, les catalyseurs rédox contiennent au moins l'un des composés précités et, en tant que composant réducteur, par exemple l'acide ascorbique, le glucose, le sorbose, l'hydrogénosulfite, le sulfite, le thiosulfate, l'hyposulfite, le pyrosulfite ou un métal alcalin, des sels métalliques, tels que sous forme d'ions de fer (Il) ou d'ions d'argent ou d'hydroxyméthylsulfoxylate de sodium. Le composant réducteur du catalyseur rédox utilisé de préférence est le sel de Mohr (NH4)2Fe(SO4)2, 6 H20. Sur la base de la quantité de monomères utilisés dans la polymérisation, de 5 x 10-6 à 1 mole %
du composant réducteur du système de catalyseur redox et de 5 x 10-5 à 2 moles %
du composant oxydant du catalyseur redox, sont utilisés. Au lieu du composant oxydant du catalyseur rédox, un ou plusieurs initiateurs azoïques solubles dans l'eau peuvent également être utilisés.
Selon le procédé de l'invention la concentration massique totale en monomères libres par rapport à la charge de polymérisation est comprise entre 10 et 60 %, avantageusement entre 20 et 55% et encore plus avantageusement entre 25 et 50 %.
Selon l'invention les monomères et les différents additifs de polymérisation sont dissous, par exemple, dans des récipients sous agitation dans le milieu aqueux à
polymériser. Cette solution, aussi appelée charge à polymériser, est ajustée à une température d'initiation comprise entre -20 C à 50 C. Avantageusement cette température d'initiation est ajustée entre -5 C et 30 C et encore plus avantageusement entre 0 et 20 C.
En fin de réaction, le produit issu de la polymérisation est un gel hydraté
tellement visqueux qu'il s'auto supporte (ainsi un cube de gel de 2,5 cm de côté maintient substantiellement sa forme lorsqu'il est posé sur une surface plane). Le gel ainsi obtenu est un gel viscoélastique.
A noter que lorsque la réaction est réalisée en réacteur, afin de faciliter la décharge du gel en fin de réaction, le réacteur est avantageusement sous forme tubulaire conique inversé
(cône vers le bas) afin de décharger le gel vers le bas par application d'une pression de Date Reçue/Date Received 2021-02-22

11 gaz inerte ou d'air en surface du gel ou sous forme d'un basculeur afin de décharger la masse de gel en faisant basculer le réacteur.
Le polymère obtenu peut être pré-ajouté dans l'eau ou dans un autre solvant avant utilisation. Il peut également être utilisé sous forme de poudre.
La solubilité dans l'eau d'un monomère fait référence à sa capacité d'être soluble dans l'eau, dans des conditions classiques de polymérisation en gel.
Le composé additionnel et le tensioactif sont ajoutés séparément ou simultanément. Ils peuvent être ajoutés avant et/ou pendant et/ou après la polymérisation.
Préférentiellement le composé additionnel et le tensioactif sont ajoutés après la polymérisation et avant l'étape de broyage.
Selon un autre aspect l'invention fournit un procédé de traitement d'un effluent aqueux comprenant des particules solides, comprenant l'addition de la formulation de floculation dans l'effluent aqueux.
Selon l'invention, l'effluent est avantageusement un effluent d'extraction minière, de préférence un effluent d'extraction minière de sable bitumineux ou de sable pétrolifère.
Outre les particules solides, l'effluent comprend de l'eau. Il peut comprendre du sable, de l'argile et de l'eau ou bien du sable, de l'argile, de l'eau et du bitume résiduel.
Généralement, l'effluent aqueux selon l'invention comprend de 5 à 70 % en poids, de préférence de 20 à 50 % en poids, plus préférentiellement de 30 à 40 % en poids, de particules solides, notamment des particules minérales.
L'effluent traité selon le procédé de l'invention peut comprendre différents résidus. Ces résidus peuvent être des résidus frais ou des résidus fins. De préférence, il s'agit d'un effluent comprenant des résidus fins mûrs (RFM ou MFT pour mature fine tailings), en particulier d'un effluent comprenant des résidus fins mûrs (RFM ou MFT pour mature fine tailings) comprenant une quantité d'argiles allant de 5 à 70 % en poids.
De manière générale, l'effluent aqueux issu de l'exploitation minière de sables bitumineux et traité selon l'invention peut également comprendre du bitume résiduel. Le bitume résiduel est alors présent en faible quantité, généralement en une quantité inférieure à 5 % en masse d'effluent aqueux.
Date Reçue/Date Received 2021-02-22

12 De manière préférée pour le procédé selon l'invention, l'agent de floculation est ajouté en une quantité en masse allant de 10 à 10 000 ppm par rapport à la quantité de particules solides comprises dans l'effluent aqueux. D'un point de vue pratique, il est ajouté en une quantité allant de 10 à 10 000 g par tonne de particules solides comprises dans l'effluent aqueux.
Brève description des dessins Différents aspects préférés de l'invention sont illustrés de façons non-limitatives par les exemples et les figures qui suivent.
[Fig 1] La Figure 1 présente le niveau de mousse en fonction du temps pour différents polymères.
[Fig 2] La Figure 2 présente la Libération nette de l'eau en fonction du dosage de différents polymères.
[Fig 3] La Figure 3 présente l'extrait sec du filtrat en fonction du dosage de différents polymères.
[Fig 4] La Figure 4 présente l'extrait sec de la partie floculée en fonction du dosage de différents polymères.
Description d'aspects préférés de l'invention EXEMPLES:
Exemple 1 : Préparation d'une formulation de floculation (X) selon l'invention comprenant un copolymère ACM/Acrylate de sodium.
Dans un bécher de 2000 ml sont ajoutés et mélangés 555,5 g d'eau déionisé, 627,4 d'acrylamide en solution à 50%, 29,5g d'urée, 136,3 g d'acide acrylique glacial et 151,3 d'une solution à 50% en poids d'hydroxyde de sodium à température ambiante.
Cette charge ainsi obtenue est refroidie entre 0 et 5 C et transférée dans un réacteur de polymérisation adiabatique. Un bullage d'azote est réalisé pendant 30 minutes.
1,05 g de 2,2'-azobisisobutyronitrile sont ensuite ajoutés dans le réacteur ainsi que 6,0 ml d'une solution à 10 g/I d'hypophosphite de sodium. La réaction est initiée par ajouts successifs de 1,2 ml d'une solution à 5 g/I de tert-butyl hydroperoxyde puis de 1,8 ml d'une solution à 5 g/I de sel de Mohr.
Date Reçue/Date Received 2021-02-22

13 Après quelques minutes l'arrivée d'azote est fermée et le réacteur est clos.
La réaction de polymérisation se déroule pendant 5 heures pour une température finale de 90 C. Le gel obtenu est haché en présence d'une composition A contenant un composé
additionnel (VammarTM D10) et un tensioactif (Monolaurate de sorbitan) avec un ratio 9:1 Pour 100 g de gel pesés dans le hachoir, on ajoute 0,39 g de la composition A
(correspondant à un dosage de 1% en poids de VammarTM D10 par rapport au polymère sec) Le gel est ainsi découpé en particules d'une taille comprise entre 1 et 6 mm.
Le gel est ensuite séché et broyé pour obtenir le polymère sous forme de poudre.
Exemple 2: Préparation d'une formulation de floculation (contre-exemple F1) comprenant un copolymère ACM/Acrylate de sodium.
On applique le même mode opératoire que celui décrit dans l'exemple 1, excepté
que dans la composition présente lors du broyage le VammarTM D10 est remplacé par de lExxsolTM
D120 dans un même ratio.
Pour 100 g de gel pesés dans le hachoir, on ajoute 0.39 g de la composition (correspondant à un dosage de 1% de ExxsolTM D120 par rapport au polymère sec) Exemple 3: Préparation d'une formulation de floculation (contre-exemple F2) comprenant un copolymère ACM/Acrylate de sodium.
On applique le même mode opératoire que celui décrit dans l'exemple 1, excepté
que dans la composition présente lors du hachage le VammarTM D10 est remplacé par Radiasurf 7443 dans un même ratio.
Pour 100 g de gel pesés dans le hachoir, on ajoute 0.39 g de la composition (correspondant à un dosage de 1% de RadiasurfTM 7443 par rapport au polymère sec) Protocoles et tests des différentes formulations Eau de production L'eau de production utilisée est issue de la récupération du bitume au moyen du procédé
d'extraction à l'eau chaude de Clark utilisant de la soude. Ce procédé est connu pour générer des tensioactifs naturels capable de favoriser le détachement du bitume à partir de surfaces minérales et ainsi d'en augmenter les taux de récupération.
Date Reçue/Date Received 2021-02-22

14 Dans l'eau de production utilisée nous avons mesuré un taux de 80 p équivalents/L de colloïdes électronégatifs, ce qui correspond à la présence de tensioactifs anioniques résiduels tels que des acides naphténiques générés lors de la récupération du bitume.
Tests de moussage 1,5g de poudre de polymère obtenu est solubilisé dans 300g d'eau de production pour préparer une solution à 0,5% en poids en polymère. Après dissolution totale, la solution de polymère est versée dans une cellule de moussage. Celle-ci est constituée d'un cylindre en plastique gravé d'une graduation en centimètres. Un morceau de pierre poreuse frittée connectée à une arrivée d'air est placé au fond de la cellule de moussage. Le chronomètre est démarré en même temps que le flux d'air. Pendant 1 minute, le niveau de mousse est mesuré toutes les 10 secondes, puis toutes les 30 secondes jusqu'à la fin du test (5 minutes). Notons que 3 cm correspond au niveau de la solution de polymère dans le cylindre avant le démarrage du flux d'air.
Les résultats présentés en Figure 1 montrent que l'eau de production utilisée seule génère beaucoup de mousse et atteint un niveau de mousse stable de 12 cm après 90 secondes.
On remarque que les formulations de F1 et F2 conduisent à une mousse abondante puisque des niveaux de mousse de 22-25 cm sont atteints après 150-200 secondes. La formulation X permet de significativement réduire le niveau de mousse à
seulement 12 cm, ce qui correspond au niveau atteint par l'eau de production seule.
Tests de drainage sur boues floculées La procédure cuve 4 pouces mise au point par Suncor (IOSTC - International Oil Sands Tailings Conference - 2018, pages 81-92, Edmonton, AB ¨ December 9-12, 2018) a été
utilisée pour évaluer les performances techniques des floculants. Pour chaque test, 400 g d'effluent sont versés dans une cuve de 4 pouces de diamètre (soit environ 10 cm). La quantité désirée de formulation y est injectée en maintenant une agitation constante de 200 tours par minute jusqu'à ce que le milieu semble visiblement plus épais. A ce moment, l'agitation est réduite à 50 tours par minute et est stoppée lorsqu'un relargage d'eau est observé. La même séquence de mélange a été appliquée lors de chaque test : 30 secondes à 200 tours par minute suivies de 30 secondes à 50 tours par minute.
L'effluent floculé est ensuite versé sur un tamis de 1 mm sur lequel le drainage a lieu pendant 24 h afin de mesurer la Libération Nette en Eau (LNE), l'extrait sec du filtrat (ESF) et de la partie floculée (ESPF).
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15 LNE = Libération Nette de l'Eau. Elle correspond à la quantité totale d'eau récupérée pendant le test de floculation moins la quantité d'eau indument ajoutée lors de l'incorporation de la solution aqueuse polymérique et de la solution de dispersant dans la suspension.
Comme attendu, les formulations F1 et F2 ont conduits après 24 h aux mêmes valeurs de LNE, ESF et ESPF. La formulation X a également conduit à des résultats similaires sans impact sur le processus de floculation (Figure 2). Des dosages optimaux de l'ordre de 1000-1200 g/tonne sèche ont conduit à:
24 h LNE d'environ 24-26 %;
24 h ESF d'environ 1,8 ¨ 2 % ;
24 h ESPF d'environ 40 ¨44 %.
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Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Une formulation de floculation comprenant :
- au moins un agent de floculation, ledit agent étant un copolymère préparé
à
partir d'au moins un monomère non ionique et d'au moins un monomère anionique, - au moins un tensioactif choisi dans le groupe constitué par les esters d'acide gras, et - au moins un composé additionnel ayant la formule (l), R,=/ 43 N.R

Formule I
dans laquelle, Ri est un atome d'hydrogène ou un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant X atomes de carbone, X étant compris entre 3 et 20, R2 est un radical carboné, saturé ou insaturé, linéaire, ramifié, aromatique ou cyclique, comprenant Y atomes de carbone, Y étant compris entre 3 et 20, et X + Y = 6 à 30 atomes de carbone.

2. La formulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le monomère non ionique est choisi dans le groupe constitué par l'acrylamide, le méthacrylamide ; le N-isopropylacrylamide ; le N,N-diméthylacrylamide ; le N, N diéthylacrylamide ; le N-méthylolacrylamide ; la N-vinylformamide ; le N-vinyl acetamide ; la N-vinylpyridine ; la N-vinylpyrrolidone ; l'acryloyl morpholine (ACMO), le méthacrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycéryle et la diacétone acrylamide.

3. La formulation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le monomère anionique est choisi dans le groupe constitué par l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide crotonique, l'acide maléique, l'acide fumarique, l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropanesulfonique, l'acide vinylsulfonique, l'acide vinylphosphonique, l'acide allylsulfonique, l'acide allylphosphonique, l'acide styrènesulfonique et les sels de ces acides solubles dans l'eau.
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4. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le copolymère a une masse moléculaire allant de 3 à 40 millions de g/mol.

5. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le tensioactif est choisi dans le groupe constitué par le monostéarate de sorbitane, le tristéarate de sorbitane, le monolaurate de sorbitane, le monooléate de sorbitane, le monopalmitate de sorbitane, le trioleate de sorbitane, et les mélanges de ceux-ci.

6. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce dans le composé de formule (I), X + Y est compris entre 8 et 28.

7. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce dans le composé de formule (I), X + Y est compris entre 10 et 26.

8. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le composé additionnel comprend au moins 2 composés différents de formule (II) et (III) :
ne H3CElreCH3 Formule II
dans laquelle m et m' sont égaux ou différents et compris chacun entre 3 et 9, et He CH3 Formule III
dans laquelle n est compris entre 5 et 8.

9. La formulation selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans la formule (II), m et m' sont égaux ou différents et compris chacun entre 4 et 8.

10. La formulation selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que dans la formule (III), n est compris entre 6 et 7.
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11. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le ratio composé additionnel : tensioactif est compris entre 20:1 et 1:1.

12. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le ratio composé additionnel : tensioactif est compris entre 15:1 et 5:1.

13. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le ratio composé additionnel : tensioactif est compris entre 6:1 et 12:1.

14. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la quantité de composé additionnel est comprise entre 0,1% et 10% en poids par rapport à l'agent de floculation sec.

15. La formulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la quantité de composé additionnel est comprise entre 0,5% et 5% en poids par rapport à l'agent de floculation sec.

16. Un procédé de préparation d'une formulation de floculation telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 15, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- préparation d'une phase aqueuse comprenant au moins un monomère anionique et au moins un monomère non ionique, - polymérisation en gel des monomères de la phase aqueuse, - obtention d'un copolymère sous la forme d'un gel, et - broyage du gel obtenu en présence d'au moins un composé de formule (l) et d'au moins un tensioactif.

17. Un procédé de traitement d'un effluent aqueux comprenant des particules solides, ledit procédé comprenant l'addition de la formulation de floculation définie à
l'une quelconque des revendications 1 à 15 dans l'effluent aqueux.

18. Le procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'effluent aqueux est un effluent d'extraction minière de sable bitumineux ou de sable pétrolifère.

19. Une utilisation d'une formulation telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 15 pour traiter un effluent aqueux comprenant des particules solides.
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