Analyse des impacts environnementaux de l’hydrométallurgie

L’hydrométallurgie et environnement sont au cœur de cette étude sur la récupération du ZnO à partir du catalyseur ZnO/Al2O3, utilisant de l’acide citrique comme lixiviant naturel. Cette approche innovante minimise l’impact écologique tout en optimisant les processus de traitement.

Avantages et inconvénients de l’hydrométallurgie

L’hydrométallurgie présente l’avantage de travailler à des températures proches de l’ambiante. La consommation d’énergie est donc moins importante que lors des traitements pyrométallurgiques. L’emploi de solutions aqueuses génère peu d’effluents gazeux contrairement à la pyrométallurgie. La participation à l’augmentation de l’effet de serre est donc moindre. L’hydrométallurgie travaille généralement en circuit fermé, les solutions de traitement étant recyclées en amont de la lixiviation.

Toutefois, des purges sont nécessaires car les impuretés non récupérées peuvent s’accumuler. Les impuretés éliminées par décantation (par exemple la jarosite (K+Fe3+3(OH-)6(SO42-)2) dans l’hydrométallurgie du zinc), si elles ne présentent pas d’intérêt économique, sont stockées en l’état, c’est-à-dire sous forme de boues. En conséquence, les volumes d’effluents liquides et de boues peuvent être importants (l’obtention de 2 tonnes de Zn génère la production de 1 tonne de jarosite).

Ces effluents, en général acides, sont souvent toxiques car ils peuvent renfermer des éléments tels que l’arsenic, le plomb, le cadmium, le chrome… Dans le cas de l’hydrométallurgie de l’or, les effluents, avant tout traitement ultérieur, contiennent des ions cyanure. Il est donc

nécessaire de contrôler strictement ces rejets et de les neutraliser afin qu’ils ne polluent pas l’environnement. Des exemples montrent que divers accidents peuvent se produire. On peut citer la pollution de la rivière Guadiamar, affluent du Guadalquivir, et du parc national de la Doñana en Andalousie lors de la rupture d’un bassin de décantation d’une mine de pyrite survenue le 25 avril 1998 ou celle de la rivière Tisza, affluent du Danube, survenue le 30 janvier 2000 lors de la fissuration d’un bassin de retenue

d’effluents cyanurés de la mine d’or de Baia Mare en Roumanie¹¹. Il est relativement facile, bien que coûteux, de récupérer les cations métalliques et de les stocker s’ils ne présentent pas d’intérêt économique. La chimie permet également de détruire les ions cyanure. Par contre, les eaux rejetées par les installations hydrométallurgiques sont souvent riches en anions tels que chlorures ou sulfates associés aux cations sodium ou calcium.

Pour ces anions, les limites admissibles dans certains fleuves sont déjà atteintes, par exemple le Rhin pour les ions chlorure. Le choix de l’un ou l’autre des procédés métallurgiques dépendra d’abord de la nature des minerais exploités. Ensuite, les coûts respectifs d’exploitation seront pris en compte. Les préoccupations de respect de l’environnement, encadrées par les législations des pays concernés, seront souvent déterminantes pour l’importance de ces coûts.

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Source : http://www.sfc.fr/donnees/acc.htm

Fig. III.1. Procédé hydrométallurgique de récupération des matières premières secondaires

Ainsi, comme il est observé sur le schéma ci-dessus, un procédé hydrométallurgique utilise généralement des solutions minérales acides ou basiques en fonction du métal traité. De nos jours et à cause de la multitude de problèmes environnementaux et la sévérité des lois

environnementales, la recherche est entrain de s’orienter vers l’utilisation de lixiviants moins nocifs pour l’environnement. L’hydrométallurgie utilisant des produits éco-compatibles est assez récente et notre travail s’inscrit dans ce cadre. En effet, les acides minéraux sont connus pour leur grande efficacité à dissoudre les minéraux les plus durs. Ils sont aussi utilisés pour la lixiviation des minéraux faciles à dissoudre comme le ZnO, CuO, CdO, PbO. Dans ces derniers cas, il est de plus en plus envisagé d’utiliser des lixiviants organiques (à cause de leur compatibilité écologique) moins efficaces que les lixiviants minéraux mais qui peuvent satisfaire quant aux rendements attendus.

Concept d’économie verte

Le concept de l’économie verte peut apparaître flou, au périmètre mal défini. Il se décline selon une double dimension : une dimension réglementaire d’une part, plutôt négative car elle met en exergue la contrainte environnementale et les risques qu’elle peut faire peser sur l’activité économique et la croissance ; une dimension économique d’autre part, mettant en avant les opportunités de profit et d’investissement des nouvelles éco-activités.

La croissance verte pose la question de l’articulation dans le temps de ces deux dimensions : comment dépasser les risques liés à la contrainte réglementaire par la création d’opportunités économiques nouvelles ? Le terme même de croissance verte suggère une réponse claire : la contrainte devient opportunité. On attend de la protection de l’environnement elle-même, devenue prépondérante dans l’évolution du système économique dans son ensemble, qu’elle génère la croissance des décennies à venir, en suscitant une nouvelle vague d’innovations technologiques qu’il faut ensuite déployer à

grande échelle, créant emplois, richesses et bien- être général¹².

Au niveau mondial, la crise économique et financière de 2008 a servi de révélateur général ; pratiquement tous les plans de relance de beaucoup de pays concentrent les investissements sur les mêmes filières d’une économie verte qui peuvent être classées en trois groupes¹³:

• Les filières dont le développement est nécessaire pour réduire les émissions de gaz à effet de serre dans le domaine de l’énergie:
• Energies renouvelables : Biomasse énergie, Biocarburants, Énergies marines, Eolien, Photovoltaïque, Géothermie;
• Captage, stockage et valorisation du CO₂.
• Les filières qui participent à la lutte contre le changement climatique car elles réduisent notamment les besoins d’énergie ou améliorent sa gestion :
• Bâtiment à faible impact environnemental;
• Véhicule décarboné ;
• Logistique et gestion de flux ;
• Réseaux énergétiques intelligents ;
• Stockage de l’énergie / Batterie
• Des filières, sans lien direct avec l’énergie mais qui sont des composantes efficaces de l’action pour réduire nos consommations de ressources naturelles et de matières premières:
• Recyclage et valorisation des déchets,
• Chimie verte,
• Métrologie – Instrumentation,
• Optimisation des procédés industriels.
• Eau et assainissement

Cas de la valorisation des déchets

L’objectif pour l’ensemble des filières est de transformer le déchet en matière première substituable à la matière première vierge et son utilisation industrielle par recyclage. Ce passage à l’économie circulaire suppose une politique de gestion intégrée des déchets associant les différents acteurs impliqués dans les filières y compris ceux qui assurent le recyclage final. Ceci suppose de privilégier une analyse en termes de cycle de vie du produit (fabrication – commercialisation – utilisation – collecte – recyclage – fabrication – …).

Les entreprises doivent assurer des activités de service de qualité (collecte, tri, récupération), mais elles doivent également maîtriser les procédés industriels de production de matières secondaires et leur utilisation par des industries de base qui les recyclent pour fabriquer de nouveaux produits. A ce niveau, de nouveaux concepts pour une industrie de recyclage à faible impact environnemental sont utilisés.

La notion de technologie propre

C’est en 1975 que le terme de technologies propres est apparu. Ces technologies se définissaient comme des techniques de production modernisées, moins polluantes, plus économiques et conformes à la législation (récupération des matières premières ou valorisation des déchets). Depuis 1979, les technologies propres désignent « toutes les actions préventives permettant la révision et la remise en cause du concept de production et de transformation, en vue d’éviter une perte, une nuisance et un danger, ces actions convergeant vers un point commun : prendre pour cible la source de pollution plutôt que son vecteur ».

Dans le cas du traitement de surface, elles regroupent les techniques qui permettent le recyclage de l’eau et des polluants, qui engendrent peu ou pas de déchets ou qui permettent de valoriser les polluants en tant que matières secondaires.

L’introduction des technologies propres a trois objectifs distincts mais complémentaires¹⁴:

• consommer moins de matières premières,
• consommer moins d’énergie,
• générer le minimum de déchets et d’effluents

L’intérêt des technologies propres est donc d’allier les intérêts écologique et économique en épargnant sur l’alimentation en matières premières et la consommation d’eau, en améliorant le rendement et la qualité du produit fini. L’intérêt pour l’environnement est qu’il n’y a pas ou peu de production de déchets, il y a moins de risque de pollution, les problèmes de pollution sont donc résolus de la façon la plus sûre et la plus définitive. Pour l’industrie, l’intérêt des technologies propres est majeur, les bénéfices se font ressentir par les gains de production mais aussi par des économies sur le paiement des redevances pollution.

Les technologies de substitution

Les technologies de substitution ont pour vocations de réduire la pollution émise par un procédé que cette pollution soit toxique ou non. Cette réduction peut se faire, d’une part, par modification des produits chimiques utilisés et, d’autre part, par substitution d’une technologie par une autre.

Dans le cas du traitement de surface, les différentes opérations de traitement sont consommatrices de réactifs toxiques (matières premières, solvants, etc.) qui peuvent être substitués par des réactifs moins toxiques ou non toxiques pour l’homme et le milieu naturel. La modification du réactif peut non seulement réduire et même éviter la formation de produits toxiques mais aussi peut accroître l’opportunité du recyclage et donc réduire la quantité de déchets générés.

Les changements possibles sont, par exemple¹⁴ :

• Remplacement de solvants chlorés de dégraissage par des solvants non chlorés, de l’eau ou des solutions alcalines telles que l’ammoniaque (le prétraitement sans cyanure permet de mieux dégraisser notamment à chaud et par ultrason),
• Remplacement des sels de chrome hexavalent par des sels de chrome trivalent dans les opérations de dépôts (cette modification permet entre autre de réduire l’exposition des ouvriers au chrome hexavalent),
• Substitution du bain de placage de cuivre cyanuré par du sulfate de cuivre (le cuivre cyanuré reste néanmoins nécessaire pour le zinc, l’acier ou les métaux à base d’étain-plomb.)

La substitution des réactifs peut néanmoins avoir des effets négatifs. En effet, un changement de réactifs peut avoir, dans certain cas, un effet défavorable sur le procédé de production, la qualité de la pièce et la production des déchets.

Éco-compatibilité

Les conditions de valorisation des déchets sont aujourd’hui encore définies sur des bases réglementaires et techniques reposant sur la mise en place de la meilleure technologie disponible et économiquement acceptable. L’impact sur les milieux d’accueil sollicités n’est que très peu pris en compte¹⁵.

Travailler dans une logique d’impact consisterait à fonder les réglementations sur des outils fiables de mesure et d’évaluation des impacts réels des déchets sur la santé et l’environnement.

L’éco-compatibilité des déchets peut être définie comme une situation où les flux de polluants émis par les déchets placés dans un certain contexte physique, hydrogéologique et bio- physicochimique sont compatibles avec la qualité et le développement des écosystèmes et des milieux récepteurs concernés.

L’évaluation de l’éco-compatibilité nécessite la prise en compte de trois termes majeurs :

• l’émission de flux polluants par le dépôt de déchets (ou l’ouvrage constitué à base de celui- ci), encore appelé « terme source ». Ce terme est lui-même fonction du potentiel polluant intrinsèque des déchets (appelé « terme A ») et du mode de disposition de ces déchets dans l’environnement (appelé « terme B » ou « terme enveloppe ») ;
• le transport des flux de polluants de la sortie de l’enveloppe jusqu’aux milieux récepteurs, appelé « terme T » ;
• le niveau d’acceptation des flux de polluants par les milieux récepteurs, appelé « terme C ». Par ailleurs, compte tenu des déchets pour lesquels il est envisageable, dans un premier temps, d’arriver à une situation d’éco-compatibilité (déchets stables à dominante minérale essentiellement), l’eau a été considérée comme le vecteur principal de transport des polluants du terme A vers les milieux récepteurs.

En France, cette démarche ambitieuse a fait l’objet pour sa conception d’un programme de recherche financé par l’ADEME et coordonné par POLDEN.

Ces travaux ont permis de développer un outil d’étude de l’impact des stress chimiques sur des écosystèmes d’eau douce (macro-invertébrés et périphyton) à l’échelle pilote, en canaux artificiels.

Ce programme a fait intervenir des spécialistes des nombreuses disciplines concernées : physico-chimie, microbiologie, géotechnique, hydrogéologie, éco-toxicologie, et écologie.

À terme, l’éco-compatibilité en se simplifiant et en se rationalisant pourrait également s’avérer un outil de démonstration et de communication scientifique très utile au moment de l’ouverture de nouveau centre ou site de stockage ou de chantiers de valorisation et de recyclage¹⁵.

Conclusion

Les métaux sont des matières recyclables à l’infini. Ce caractère très précieux permettra si le recyclage est appliqué aux nombreux déchets métalliques rejetés dans la nature, de limiter la pollution des sols, de l’atmosphère et des eaux. L’extraction des métaux des mines est une opération généralement polluante alors que le recyclage de ces mêmes métaux qui font partie des matières premières non renouvelables, permet de diminuer leur extraction et l’énergie nécessaire à celle-ci ainsi que les problèmes environnementaux que cela pose.

Cependant, le recyclage lui-même peut être générateur de nouvelles pollutions tant que les produits utilisés pour la récupération des minéraux à partir des déchets restent nocifs. Le concept d’industrie verte, d’éco-compatibilité des rejets sont des notions nouvelles mais inévitables dans un avenir proche afin de préserver la planète.

Références

1. Murat, M., 1981.Valorisation des déchets et des sous produits industriels, édition Masson, 181-203.
2. Koller, E., 2004.Traitement des pollutions indutrielles : eau air déchets, sol, boues, édition Dunod, Paris, 359.
3. Vignes, J.L., Khodan A., Ailloud, P., Grass, D., 1997. Une vie de cuivre – expériences de chimie sur l’élaboration et les propriétés d’un matériau. Bull. Un. Phys., 1997, vol. 91, n° 790-791, 9-34 (cf. 10-14).
4. Vignes, J.L., André, G., Kapala, F., 1997-1998. Données sur les principaux produits chimiques, métaux et matériaux. 7^eédition, UdP, Consultation sur Internet : http://www.sfc.fr/donnees/acc.htm
5. Winand, R., mars 1982. Hydrométallurgie du cuivre – État actuel de la technique. Mémoires et Études scientifiques de la Revue de Métallurgie, 125-134.
6. Morin, D., 2002. Biotechnologies dans la métallurgie extractive. Techniques de l’ingénieur, M 2238, 1-12.
7. Devilliers, D., et Mahé, E., décembre 2002. Cellules électrochimiques : aspects thermodynamiques et cinétiques. Bull. Un. Phys., vol. 96, n° 849, 1719-1742 (cf. 1721 et 1726).
8. Vignes, J.L., décembre 1996. Les métaux et l’avenir du monde, relu 20 ans après. La Recherche, n° 293, 82.
9. Selby, J., Twidwell, L.G., décembre 2006. The Recovery and Recycle of Mercury from chloro – alkali plant waste water sludge. Universal Dynamics Ltd,.
10. Amrane, C., Boues résiduaires de l’industrie des traitements de surfaces : optimisation de la lixiviation sélective et valorisation des métaux, mémoire de Magister de l’université El Hadj Lakhder, Batna.
11. Delmas, R., Chauzy, S., Verstraete, J/M., Ferré, H. 2007. Atmosphère, Océan et Climat, Edition Belin.
12. Crifo, P., Crassous-Doerfler, R., Flam, M., 2010. L’économie verte et le rôle de l’industrie dans la croissance verte, Rapport pour le Cercle de l’Industrie.
13. Rapport «Filières industrielles stratégiques de l’économie verte», Mars 2010. p2, MEEDDM / CGDD – Ministère de l’Écologie, de l’Énergie, du Développement durable et de la Meren chargé des Technologies vertes et des Négociations sur le Climat : www.developpement-durable.gouv.fr
14. Valerie Laforest, 1999. Technologies propres : Méthodes de minimisation des rejets et de choix des procédés de valorisation des effluents. Application aux ateliers de traitement de surface. Thèse de doctorat de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, France. 46-47, 55-56.
15. Méhu, J., Bazin, C., Grelier-volatier, L., 2015. Classification réglementaire et écocompatibilité des déchets, Techniques de l’Ingénieur, g2030, 10.

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¹¹ Delmas, R., Chauzy, S., Verstraete, J/M., Ferré, H. 2007. Atmosphère, Océan et Climat, Edition Belin. ↑

¹² Crifo, P., Crassous-Doerfler, R., Flam, M., 2010. L’économie verte et le rôle de l’industrie dans la croissance verte, Rapport pour le Cercle de l’Industrie. ↑

¹³ Rapport «Filières industrielles stratégiques de l’économie verte», Mars 2010. p2, MEEDDM / CGDD – Ministère de l’Écologie, de l’Énergie, du Développement durable et de la Meren chargé des Technologies vertes et des Négociations sur le Climat : www.developpement-durable.gouv.fr ↑

¹⁴ Valerie Laforest, 1999. Technologies propres : Méthodes de minimisation des rejets et de choix des procédés de valorisation des effluents. Application aux ateliers de traitement de surface. Thèse de doctorat de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, France. 46-47, 55-56. ↑

¹⁵ Méhu, J., Bazin, C., Grelier-volatier, L., 2015. Classification réglementaire et écocompatibilité des déchets, Techniques de l’Ingénieur, g2030, 10. ↑