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Thèse soutenue

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

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Auteur / Autrice : Frédéric Bard
Direction : Daniel Garcia
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des Procédés
Date : Soutenance le 17/10/2011
Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
Jury : Président / Présidente : Michel Cournil
Examinateurs / Examinatrices : Olivier Bildstein, Gilles Févotte
Rapporteur / Rapporteuse : Hervé Muhr, Denis Mangin

Résumé

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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.