Extraction et gestion des résidus | Optimisation des procédés d'extraction
L’intensité du procédé d’extraction peut déterminer non seulement le taux de récupération, mais aussi le degré de dispersion de l’argile, qui constitue le principal facteur permettant de déterminer les propriétés des résidus. Plus l’apport énergétique au procédé d’extraction est grand, plus le taux de récupération est élevé pour un type de minerai donné. Habituellement, l’intensité du procédé d’extraction combine des facteurs d’ordre thermique (température du traitement), mécanique (mélange/transport par pipeline) et chimique (auxiliaires au traitement).
La caractérisation de l’extraction du bitume et les propriétés des résidus définissent la capacité de traitement d’un minerai donné. Au bout du compte, la capacité de traitement est déterminée par la combinaison de l’intensité du procédé d’extraction et par les propriétés de chaque minerai. Ce sont ces propriétés, notamment celles des hydrocarbures et de l’argile, qui déterminent la capacité de traitement. Ainsi, la caractérisation des propriétés des hydrocarbures et de l’argile est la pierre angulaire des initiatives de recherche sur l'extraction des sables bitumineux et du pétrole lourd. L’optimisation de ces facteurs fondamentaux en matière de capacité de traitement est une composante essentielle au maintien de la durabilité économique et environnementale des industries des sables bitumineux et du pétrole lourd.
L’approche centrale des recherches sur les sables bitumineux et le pétrole lourd est de couvrir tous les aspects, de la science fondamentale aux démonstrations en laboratoire et à l’échelle pilote de procédés importants d’un point de vue commercial. Le programme de recherche interne de CanmetÉNERGIE est intégré à un projet de recherche sous contrat très dynamique, ce qui permet d’assurer un transfert efficace des technologies. Le rôle des propriétés chimiques de l’eau et de l’argile dans la détermination du comportement de l’extraction des sables bitumineux est bien connu, alors qu’habituellement, on accorde peu d’attention aux répercussions de la composition chimique du bitume sur l’extraction.
Le graphique ci-dessous résume certains jeux de données obtenus lors d’essais d’extraction. La relation ténue entre la qualité du minerai extrait avec un faible apport énergétique et le taux de récupération peut être considérée comme un résultat typique, ainsi que le changement net vers un taux de récupération accru à mesure que l’apport énergétique dans le procédé d’extraction augmente. Cependant, d’importants écarts dans la relation qualité-récupération peuvent survenir lorsque la composition chimique du bitume change.
Plus la quantité d’énergie mécanique utilisée dans le procédé d’extraction est grande, plus le taux de récupération pour un minerai donné est élevé. Certaines propriétés inhabituelles d’un minerai ou l’apport d’auxiliaires de traitement peuvent grandement modifier la relation entre la qualité du minerai et le taux de récupération. Les traits noirs représentent l’incertitude moyenne pour chaque jeu de données.
La photo ci-dessous montre une série d’images prises au microscope de mousse de bitume provenant d’un minerai « normal », d’un minerai aux propriétés chimiques nettement différentes (et indésirables) et du minerai aux propriétés indésirables après un traitement. Les caractéristiques du bitume aux propriétés indésirables ont donné lieu à des interactions plus fortes avec l’eau et les minéraux lors du procédé d’extraction, ce qui a entraîné un taux de récupération moins élevé et un produit bitumineux de moindre qualité. Les agents tensio-actifs dans le bitume sont la cause de ces propriétés néfastes; or, avec des traitements chimiques appropriés ou avec des additifs d’extraction, les tensio-actifs peuvent être extraits des hydrocarbures et rejetés dans l’eau.
Dans les photos ci-contre, le bitume apparaît en vert, l’eau en noir et les composants minéraux en rouge.
La récupération de bitume des sables bitumineux est optimisée lorsque la quantité de tensio-actifs présents dans les hydrocarbures est réduite, tel que le montre le graphique ci-dessous. Le bitume oxydé, qui est chimiquement différent, perd une plus grande quantité de minerai dans la mousse, ce qui peut avoir des conséquences sur la capacité de traitement. Avec un traitement chimique approprié du composant de bitume, le minerai oxydé peut être converti en bitume normal.
Le graphique ci-dessous illustre la relation entre les acides naphténiques (principaux agents tensio-actifs dans le bitume extrait des sables bitumineux) dans l’eau et les composants bitumineux, en fonction de la récupération de bitume dans des conditions normalisées. (Dans ce graphique, les tensio-actifs dans le bitume sont considérés en fonction du degré d’oxydation du bitume).
