Chemirec

L’industrie du traitement de surfaces, et plus concrètement l’industrie spécialisée en galvanisation, entraîne une quantité importante de déchets polluants et requiert une consommation élevée de réactifs chimiques issus de l’exploitation directe des ressources naturelles. Cette dynamique n’est pas durable et sera difficile à conserver à moyen terme, en plus de ne pas être compétitive sur le plan économique.

En conséquence, THIS IS AN EXAMPLE industrie doit faire le choix ferme de l’implantation de politiques reposant sur la plus grande minimisation possible des déchets générés et sur la réduction de la consommation de ressources naturelles comme matière première. Sachant cela, l’implémentation des préceptes de l’économie circulaire, c’est-à-dire la transformation des déchets en ressources, est envisagée comme une stratégie à succès pour ce type d’industries.

Et c’est dans cette optique que le processus Chemirec® représente une technologie innovante qui permet de transformer les déchets créés en matière première pour le processus lui-même, ainsi que de réduire grandement la consommation de ressources naturelles et les émissions de CO₂.

Le processus Chemirec® a été conçu comme une solution hautement innovante pour la récupération de l’acide chlorhydrique (HCl) à partir des effluents des bains usés de décapage de métaux. Le processus de décapage a pour objectif d’éliminer de la surface de la pièce métallique les rouilles de métaux, l’enveloppe de fabrication, la rouille de recuit et la rouille pour que les pièces restent parfaitement propres. La majorité des cuves de décapage contiennent initialement de l’acide chlorhydrique dilué à 14-16 % en poids. Mais à mesure que le bain est utilisé, la concentration d’acide chlorhydrique diminue, ce qui oblige à réaliser des ajouts périodiques d’acide pour que la vitesse de décapage ne chute pas significativement. Le système est maintenu ainsi jusqu’à atteindre la limite de solubilité du chlorure de fer (FeCl₂) dans l’acide chlorhydrique, moment où le bain est usé et où il est impossible de continuer à décaper. Le bain usé contient une concentration de fer égale ou supérieure à 140-150 g/l et doit être remplacé par un bain frais. Si l’industrie réalise des processus de galvanisation à chaud, le bain usé contient également, en plus du fer, des niveaux élevés de zinc (autour de 25 g/l).

L’acide chlorhydrique récupéré des bains usés grâce au Processus Chemirec® est réutilisé dans le même processus de traitement de surface, ce qui permet ainsi de faire l’économie de l’achat de la plupart de cette matière première. De plus, le processus produit du sulfate de fer, un sous-produit qui dispose d’une certaine valeur commerciale (comme fertilisant en horticulture et viniculture), et du chlorure de zinc, qui est utilisé dans le processus de galvanisation car c’est l’un des composants de base du fluidifiant (mélange de chlorure d’ammoniac et de chlorure de zinc).

S’il est vrai que le processus Chemirec® implique de consommer de l’acide sulfurique concentré, le coût de cet acide est largement compensé par la vente des nouvelles ressources produites et l’économie de matières premières (acide chlorhydrique et chlorure de zinc) et de gestion des déchets. L’équilibre économique du projet est donc très positif et le retour sur investissement se fait sur une période inférieure à 2 ans.

Condorchem Envitech a développé et breveté le processus Chemirec® pour obtenir tous les bénéfices décrits, environnementaux et économiques, et mettre cette technologie à disposition des industries qui se consacrent au traitement de surfaces.

Au niveau de l’exploitation, le processus Chemirec® se compose de trois grandes étapes : le prétraitement, la réaction et la séparation.

L’étape de prétraitement est nécessaire uniquement dans les cas où les bains usés, en général issus d’industries utilisant des processus de galvanisation à chaud, contiennent des niveaux élevés de zinc. L’objectif de cette étape de prétraitement est d’éliminer tout le zinc (95-98 %) présent dans la solution. Si le zinc n’est pas éliminé au début, ce métal se précipite par la suite avec le fer, ce qui donne un produit au débouché commercial complexe.

Il a été vérifié que la technologie la plus efficace pour séparer le zinc présent dans le bain est l’extraction liquide-liquide grâce à une solution organique qui agit en tant qu’agent d’extraction. Cet agent, grâce à un autre processus d’extraction liquide-liquide est à son tour régénéré, le processus Chemirec® ne consomme donc pas nettement l’agent d’extraction du zinc. L’étape de prétraitement permet donc d’obtenir deux courants : le bain usé de décapage libre de zinc et une solution aqueuse de chlorure de zinc. Cette solution retourne dans le processus de galvanisation, où elle est consommée dans la préparation du courant de fluidifiant, un réactif formé de chlorure d’ammoniac et de chlorure de zinc.

Une fois que le contenu de zinc a été éliminé du bain usé, ou si le bain ne contenait pas de zinc à l’origine, l’étape de réaction est effectuée. Pour récupérer l’acide chlorhydrique libre ainsi que le mélange présent dans le bain usé, on dose de l’acide sulfurique concentré dans un réacteur-crystalliseur, l’acide réagit avec les ions de fer divalents présents dans la solution, formant du sulfate de fer heptahydraté et de l’acide chlorhydrique. Ensuite, en réduisant la température de la solution, on obtient des cristaux de sulfate de fer heptahydraté qui se séparent facilement grâce à la filtration des eaux mères. Celles-ci contiennent le fer divalent qui ne s’est pas précipité, une partie de l’acide sulfurique – en excès – et l’acide chlorhydrique formé.

Enfin, pour obtenir la séparation de l’acide chlorhydrique formé, la solution est soumise à un processus de distillation par membranes qui réduit les exigences pratiques pour fonctionner avec un mélange d’acide chlorhydrique à température élevée. Dans l’étape de distillation par membranes, on obtient d’une part l’acide chlorhydrique récupéré et de l’autre, un concentré aqueux qui recircule vers le réacteur pour retourner au processus le fer divalent et l’acide sulfurique qui n’ont pas réagi.

L’acide chlorhydrique obtenu, avec une concentration de 18-20 % – à cause de la formation d’azéotrope – est consommé dans le processus de traitement de surfaces, entraînant une économie grâce à la réduction considérable de l’achat de réactifs. Par conséquent, Chemirec® permet à l’industrie de traitement de surfaces de récupérer et utiliser de l’acide chlorhydrique. De plus, dans le cas des industries de galvanisation à chaud, le chlorure de zinc produit lors de la séparation du zinc, peut être réutilisé pour la production de fluidifiant. Enfin, la production de sulfate de fer heptahydraté peut être vendue car il possède une valeur commerciale comme fertilisant. La seule exigence en matières premières du processus est l’ajout d’acide sulfurique, dont le coût est très inférieur aux bénéfices dégagés par la vente des produits formés et à l’économie des ressources récupérées et de la gestion des déchets.

Par conséquent, pour résumer, le Processus Chemirec® inclut un bain usé transformé en acide chlorhydrique apte à être réutilisé, des cristaux de sulfate de fer heptahydratée qui sont commercialisés et du chlorure de zinc qui peut également être réutilisé.

Condorchem Envitech, dans une phase préliminaire, a construit une station pilote basée sur le processus Chemirec® avec une capacité de traitement de 200 l/jour de bains usés de décapage en provenance des industries de galvanisation. Cette station pilote a permis de démontrer avec succès la viabilité technique du processus et la solidité de l’opération. Il a également été constaté que le rendement expérimental obtenu de la récupération d’acide chlorhydrique a été supérieur à 95 % de l’acide chlorhydrique initial (libre plus mélangé) récupéré, ce qui est un excellent résultat.

Dans une phase postérieure, Condorchem Envitech a construit une station industrielle, avec une capacité de traitement de 2 m³/jour de bains usés de décapage issus d’industries de galvanisation, prouvant ainsi que le processus testé en tant que pilote fonctionne aussi de manière satisfaisante à l’échelle industrielle en maintenant et même en dépassant — grâce à une plus grande automatisation du processus — les performances obtenues à l’échelle pilote, lesquelles se situent autour de 98 % de récupération d’acide chlorhydrique initial (libre plus mélangé).

En plus d’être un processus clairement viable sur le plan économique, le retour sur investissement de son implantation se faisant sur une période très courte, la dérivée environnementale que suppose le fonctionnement du processus Chemirec® est très importante. D’un côté, on cesse de produire une quantité élevée de déchets et l’achat de matières premières est réduit de manière significative, ce qui entraîne une baisse importante des émissions de CO₂ grâce à la réduction du transport de marchandises. D’un autre côté, 43 % de la production mondiale de zinc est destinée à l’industrie de la galvanisation, par conséquent, la récupération et l’utilisation postérieure du zinc des bains de décapage dans le processus de galvanisation entraîne non seulement des économies sur l’achat de matière première, mais également une réduction de l’extraction des ressources naturelles.

Bien que le processus Chemirec® a été conçu pour les bains usés de décapage, il est aussi utile sur tous les effluents contenant une quantité appréciable d’acide chlorhydrique, libre et mélangé. À la différence d’autres alternatives, le processus Chemirec® est techniquement viable, même si le bain contient de grandes quantités de zinc.

La technologie Chremirec® vise à être utilisée dans le traitement des effluents des processus suivants:

• Décapage de pièces métalliques
• Galvanisation électrolytique
• Galvanisation à chaud
• Aciéries