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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/313526752 Proprietes et perspectives de valorisation du phosphogypse l'exemple de la Tunisie Properties and perspectives of valorization of phosphogypsum the example of Tunisia Conference Paper · January 2002 CITATIONS 21 READS 3,330 4 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Building materials View project Concrete, RCC, Strength, pavement, roads, materials, View project Pierre Clastres Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse 62 PUBLICATIONS 731 CITATIONS SEE PROFILE Mongi Ben Ouezdou National Engineering School of Tunis, University of Tunis El Manar 163 PUBLICATIONS 994 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Mongi Ben Ouezdou on 10 February 2017. The user has requested enhancement of the downloaded file. Proceedings of International Symposium on Environmental Pollution Control and Waste Management 7-10 January 2002, Tunis (EPCOWM’2002), p.510-520. 510 Proprietes et perspectives de valorisation du phosphogypse l’exemple de la Tunisie Properties and perspectives of valorization of phosphogypsum the example of Tunisia H. SFAR FELFOUL*, P. CLASTRES**, M. BEN OUEZDOU***, A. CARLES-GIBERGUES** * Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Radès (Tunisie) ** Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions INSA-UPS TOULOUSE. *** Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis. ABSTRACT Phosphogypsum is a waste (or by-product) of the acid production of phosphoric acid. The Tunisian production rate exceeds 10 million tons per year. The problems of pollution generated by this by product were discussed by many authors in the world. Since many years, the « Groupe Chimique Tunisien » and the Tunisian Environmental Ministry are dealing with the problems of its management and valorisation. This paper presents the general properties of phosphogypsum, the different possibilities of its management and the perspectives of utilization in Tunisia. RESUME Le phosphogypse est déchet (que nous appellerons dans ce qui suit « sous produit ») de la production de l’acide phosphorique, constituant de base dans la fabrication des engrais modernes. La production annuelle de phosphogypse en Tunisie est estimée actuellement à 10 millions de tonnes. Les problèmes de pollution causés par ce sous produit ont été cités par plusieurs auteurs à travers le monde. Le « Groupe Chimique Tunisien » et le Ministère de l’Environnement Tunisien, depuis quelques années déjà, se préoccupent des problèmes de stockage et de valorisation du phosphogypse. Après présentation des caractéristiques générales de ce sous produit, ce papier expose les différents modes de sa gestion ainsi que les perspectives de valorisation en Tunisie. MOTES CLES Phosphogypse, caractérisation, gestion des déchets, valorisation. 1. Introduction Le procédé de fabrication de l’acide phosphorique le plus répandu à travers le monde consiste à attaquer le minerai de phosphate naturel par de l’acide sulfurique suivant la réaction chimique suivante : 70 à 80 °C [Ca3(PO4) 2] 3CaF2 + 10 H2SO4 + 20H2O 6H3PO4 + 10(CaSO4 2H2O) + 2HF MINERAI PHOSPHOGYPSE Phosphogypsum 511 La fabrication d’une tonne d’acide phosphorique engendre, par cette réaction et les réactions secondaires, environ 5 tonnes de phosphogypse. Ce procédé permet d’obtenir un phosphogypse sous forme de dihydrate alors que d’autres procédés conduisent à l’obtention d’un semihydrate ou d’une anhydrite. Le procédé au dihydrate est celui adopté en Tunisie. La production annuelle de phosphogypse en Tunisie est estimée actuellement à 10 millions de tonnes pour l’ensemble des cinq usines de production d’acide phosphorique. Ces usines font partie d’une même société qui porte le nom de Groupe Chimique Tunisien (GCT). Il a été montré que le phosphogype est un sous produit qui engendre des nuisances sur l’environnement s’il n’est pas stocké correctement, Rouis [1]. C’est pourquoi le GCT et le Ministère de l’Environnement tunisien commencent depuis quelques années déjà à se préoccuper des problèmes de stockage et de valorisation du phosphogypse. L’objectif de cet article est, après une présentation rapide des principales caractéristiques physiques, chimiques et géotechniques des phosphogypses, d’en présenter les différents modes de gestion et en particulier ses différentes possibilités de valorisation, afin de dégager une voie techniquement et économiquement viable pour la Tunisie. 2. Caractéristiques Générales des Phosphogypses Les caractéristiques d’un phosphogypse dépendent de la composition du minerai d’origine, du procédé de fabrication et de sa maîtrise. 2.1 Caractéristiques physiques, chimiques et minéralogiques 2.1.1. Granularité Le phosphogypse est doté d’une granulométrie fine qui s’apparente à celle d’un limon. Le phosphogypse tunisien présente un pourcentage de fines d’environ 60 % [2]. Les cristaux sont de forme tabulaire et de longueur comprise entre 20 et 200 m, avec une longueur médiane de 50 m environ (voir figure 1). Figure 1 : Aspect général du phosphogypse de SFAX, Tunisie (cliché M.E.B.) échelle : : 100microns Sfar Felfoul et al . 512 2.1.2. Masse volumique des grains Les masses volumiques des grains de phosphogypse sont légèrement supérieures à celles du gypse naturel (de l’ordre de 2.32 g/cm3) d’après Chang et Mantell [3], Gorlé [4] et Schaeffner [5]. Pour le phosphogypse tunisien, nous avons trouvé des valeurs légèrement plus faibles. Schaeffner [5] signale par ailleurs des valeurs nettement plus élevées atteignant 2.76 g/cm3 pour quelques phosphogypses de la Seine Maritime en France. Ceci peut être expliqué par la forte présence d’impuretés dont les densités sont généralement plus élevées que celle du gypse, ou bien par le fait que le phosphogypse est sous forme de semihydrate. 2.1.3. Composition chimique Le phosphogypse est composé essentiellement de gypse (75 à 78 % pour le procédé au dihydrate) mélangé avec du phosphate de calcium sous différentes formes, de la silice et d’autres impuretés telles que oxydes de fer, de magnésium et d’aluminium, des sulfures, de la matière organique et des traces de métaux [6]. Le tableau 1 montre les résultats d’analyse d’un phosphogypse (dihydrate) provenant d’un minerai courant [7]. élément CaO SO3 P2O5 F SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO H2O Crist. (%) 32.50 44.00 0.65 1.20 0.50 0.10 0.10 0.10 19.00 approx. Tableau 1. Composition chimique typique d’un phosphogypse dihydraté [6] 2.1.4. Solubilité des phosphogypses La solubilité maximale du phosphogypse dépend du pH de la solution dans laquelle il baigne. Dans l’eau déminéralisée, elle est de l’ordre de 2.40 g/l (2.25 g/l pour le gypse, d’après Murat [8]). Le tableau 2 donne l’évolution de la solubilité en fonction du pH pour le phosphogypse tunisien selon Moussa [2]. pH du filtrat 1.8 3.3 3.4 5.7 6.1 11.8 Solubilité (g / l) 3.79 2.84 2.76 2.60 2.41 1.55 Tableau 2. Evolution de la solubilité du phosphogypse en fonction du pH [2] 2.1.5. Impuretés dans le phosphogypse Dans le phosphogypse, on trouve du quartz et/ou des phyllosilicates, des fluorures, des phosphates, des matières organiques et des minéraux de titane, de fer et d’aluminium [9]. • Impuretés solubles : ce sont des sels ou acides non éliminés par le lavage du procédé : P2O5 et fluor solubles principalement. Ces acides confèrent au phosphogypse un pH assez faible (entre 2 et 4 généralement). • Impuretés insolubles : ces impuretés insolubles proviennent [10] : - du minéral sans transformation pendant l’attaque phosphorique (silice, minerai non attaqué, carbone organique, résidu de décomposition des espèces vivantes ayant engendré le phosphate,…) ; - des réactions secondaires dans le milieu d’attaque : P2O5 syncristallisé et éléments traces, principalement des métaux lourds. Phosphogypsum 513 2.1.6. Le phosphogypse et la radioactivité Certains phosphogypses sont réputés radioactifs. Leur radioactivité (surtout ) est due à la teneur en radium provenant de la décomposition naturelle de l’uranium (présent dans le minerai de phosphate). Kurandt [11] donne des valeurs de radiation du phosphate naturel ainsi que des phosphogypses pour quelques pays, tableau 3 (1 pCi = 3.7 10-2 becquerel, 1 becquerel = 1 désintégration par seconde). Provenance du phosphate Radiation pCi / g de phosphate pCi / g de phosphogypse si le Ra reste à 100 % dans le phosphogypse pCi / g mesurée sur le phosphogypse Floride 30 – 40 20 – 27 20 Maroc 30 – 45 20 – 30 31 Taïba 30 20 17 Togo 35 23 20 Kola 2 – 4 1.3 – 2.7 2 Gypse naturel - - 1 Tableau 3. Valeurs de radiations dans le phosphate nature et le phosphogypse [11] 2.2. Caractéristiques géotechniques et mécaniques 2.2.1. Compactage et portance Moussa [2] a étudié le comportement au compactage d’un phosphogypse tunisien. Il a effectué des essais Proctor normal (PN) et modifié (PM). Cet auteur conclut que pour les deux énergies de compactage, la densité sèche est très peu sensible aux variations de la teneur en eau de compactage. Cependant, Gorlé [4] signale qu’une fois la teneur en eau optimale est dépassée, il y a une grande chute de la densité, ce qui peut être gênant sur chantier. Il montre aussi que l’immersion fait chuter les indices CBR. Schaeffner [5] montre que l’évolution des densités en fonction des énergies de compactage n’est pas analogue à celle d’un sable, à cause principalement de la fragilité des cristaux de phosphogypse : au fur et à mesure de l’augmentation de l’énergie de compactage, les cristaux se rompent et les fragments comblent les vides inter-granulaires. Le phosphogypse est un matériau à caractère évolutif au compactage. 2.2.2. Compressibilité du phosphogypse Gorlé [4] a effectué des essais oedométriques sur des éprouvettes carottées dans uploads/Industriel/ b42-phos-route-epcom-2002.pdf