Assèchement des résidus humides produits par l’extraction des sables bitumineux

Promoteur principal : Université de l’Alberta
Lieu : Edmonton (Alberta)
Contribution de l’Initiative : 859 000 $
Total du projet : 2 170 000 $

Contexte du projet

Image par cryo-MEB de résidus fins mûrs

Image par cryo-microscopie électronique à balayage (cryo-MEB) de résidus fins mûrs

L’extraction de bitume des sables bitumineux de l’Athabasca qui sont exploitables en surface au moyen du processus d’extraction à l’eau chaude de Clark ou CHWE (Clark Hot Water Extraction Process) consomme d’importantes quantités d’eau douce et produit de grandes quantités de résidus humides non solidifiés. En moyenne, il faut de quatre à six barils d’eau douce pour produire un baril de bitume et de 12 à 15 barils de résidus sont créés. Même si la plupart des résidus se déposent rapidement et permettent ainsi de recycler une grande partie de l’eau du processus, environ 1,6 baril de résidus prend la forme de résidus fins mûrs (RFM) qui sont composés de bitume résiduel, de minéraux argileux fins et d’eau. Les RFM prennent des années pour se déposer et ils retiennent une partie de l’eau du processus, dont le recyclage est impossible. À ce jour, l’exploitation des sables bitumineux a donné lieu à l’accumulation de 650 millions de mètres cubes de RFM qui sont contenus dans des bassins de résidus sur une superficie de 176 km2.

Il se peut que l’amendement des boues de résidus à l’aide de floculants polymères (par des moyens chimiques), suivi de méthodes mécaniques de séparation des solides des liquides (par des moyens physiques) soit la seule manière de résoudre le problème des résidus des sables bitumineux. Bon nombre d’études ont été réalisées afin d’accélérer l’assèchement (dégagement de l’eau des RFM) et la solidification des résidus. Cependant, des lacunes demeurent dans les connaissances et les technologies associées à l’assèchement et à la solidification des résidus des sables bitumineux. Compte tenu du besoin, l’Institute for Oil Sands Innovation (IOSI) de l’Université de l’Alberta a proposé le projet « Assèchement des résidus humides produits par l’extraction des sables bitumineux » pour financement par l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation et a reçu 952 k$ pour relever le défi de la réduction du volume des résidus humides créés lors de processus commerciaux courants d’extraction à l’eau chaude.

Résultats

Image par cryo-MEB de résidus fins mûrs après traitement par deux floculants polymers, montrant une structure plus poreuse

Image par cryo-MEB de résidus fins mûrs après traitement par deux floculants polymères, montrant une structure plus poreuse

Version texte: 

Le traitement des résidus de sables bitumineux y a créé de larges pores, ce qui favorise l’extraction de l’eau des résidus.

Le projet a été réparti en six phases. Ensemble, ces phases représentent une approche globale aux éléments fondamentaux de la floculation et l’assèchement des résidus. Huit chercheurs principaux et trente étudiants de cycle supérieur et postdoctoraux des universités de l’Alberta, de la Colombie-Britannique et de Montréal et de la TU Delft (université de technologie de Delft) ont mis en œuvre le projet à phases multiples. Les activités comprenaient les suivantes : modélisation et simulation informatique du mélange et de l’agrégation de particules fines dans des boues denses solides et liquides en présence de floculants polymères; conception et synthèse de nouveaux floculants polymères amphiphiles; emploi de deux polymères commerciaux existants (de divers poids moléculaires et caractéristiques ioniques) dans un traitement des résidus en deux étapes séquentielles; étude des comportements de dépôt des résidus après floculation par des polymères et de l’effet de filtration sous vide ou sous pression; étude des mécanismes d’interaction entre les polymères et les minéraux au moyen de la spectroscopie vibrationnelle par génération de la fréquence somme.

Selon les résultats, l’emploi de polymères amphiphiles avec des composants tant hydrophiles qu’hydrophobes pour l’assèchement est nettement supérieur à l’emploi de floculants polymères hydrophiles uniquement. L’ajout des polymères en deux étapes séquentielles, surtout le polyacrylamide anionique de fort poids moléculaire suivi du polyéthylène oxyde non ionique de fort poids moléculaire a donné des résultats d’assèchement nettement meilleurs que ceux obtenus par l’ajout de l’un ou de l’autre des polymères uniquement. La filtration sous pression par filtre-presse de résidus fins mûrs (RFM) après traitement en deux étapes par des polymères pourrait créer des gâteaux de filtration contenant plus de 60 % de poids en solides, ce qui est supérieur au contenu en solides obtenu au moyen d’autres méthodes jusqu’à présent.

Avantages pour le Canada

Le volume des résidus fins mûrs (RFM) en Alberta constitue un passif environnemental important pour le Canada et pose des risques pour la faune, les écosystèmes et les humains. Une réduction du volume des RFM permettrait d’atténuer les effets sur les écosystèmes et les humains de l’extraction du bitume dans les sables bitumineux de l’Alberta et de rendre le Canada plus concurrentiel sur le plan technologique sur le marché mondial.

Prochaines étapes

Pour que les résidus des sables bitumineux soient récupérés de manière appropriée, il faut l’assèchement des résidus à plus de 75 % de poids en solides. Ainsi, les résultats du projet sont prometteurs, mais il reste du chemin à faire. Il faut plus de recherche et développement ciblant notamment la détermination des effets néfastes du bitume résiduel dans les résidus des sables bitumineux sur l’assèchement ainsi que des mesures de remise en état pour surmonter ces effets néfastes.

Pour en apprendre davantage

Rapport public définitif : Assèchement des résidus humides produits par l’extraction des sables bitumineux