Abstract

The generation of a fine fraction of sedimentary alumina phosphate before the manufacturing process of phosphoric acid –used as fertilizer– poses a crucial environmental issue related to the large quantities of fines stored for a long time in the wildlife without treatment or recycling in the region of Thiès in Sénégal by the Industries Chimiques du Sénégal (ICS) and the Société Sénégalaise des Phosphates de Thiès (SSPT). This work deals with the use of the fines particles of phosphate generated by the physical processing (crushing, transport and screening) of the raw material by the both mining companies. These fines particles of phosphates cover all the fauna and flora surrounding the sector with whitish dust particularly during the Harmattan, a hot and dry wind, while they can be leached during the rainy season to contaminate groundwater and then cause diseases to the populations who drink that water. Indeed, these materials, which are stored in large quantities as “waste”, and which pollute, the space and the environment, can be recycled as refractory materials useful in manufacturing such as bricks or paving blocks. The purpose of this study is to find, from these discarded fines that are not yet processed, a good and new material in terms of physical and mechanical characteristics that will meet a customary standard. This will allow not only to reduce their potential hazard by reducing the pollution for the consumption of the fines in order to generate a useful material especially in the surrounding villages of the mining sector, but also to employ young people in working age in this fines recycling process, to create jobs and therefore additional economic resources that allow a better life because the majority of the youngsters from these areas are unemployed.

The formulation of a well-known mixture containing fines of sedimentary alumina phosphate of particles size ranging between 0.063 mm to 5 mm, with chemical composition similar to that of volcanic slag, sodium silicate called water-glass as binder of mineral elements; and water, led to the manufacturing of geomaterials blocks with 20×10×6 cm3 size by baking them several hours on an oven at the constant temperature of 225°C. The sodium silicate density was 1.4.

Good mechanical and physical characteristics were achieved through systematic testing. Strength splitting rupture tests, total water content determination, size measurements of the blocks (length, width and thickness) as well as the loss on ignition on ambient atmosphere were achieved on the blocks after treatment for a complete identification. Average values of 3.03 MPa and 2.5% were obtained as results respectively for the splitting rupture strength and for the total water content. Negative variations of −2.05 mm, −0.59 mm and 1.69 mm on average values were obtained respectively on their length, their width and their thickness for a value of 5.30% of loss on ignition. The blocks are exposed on the fire on their upper surface whilst the heating effect falls of rapidly at the other side. The deduction of the compressive resistance strength from the average value of splitting rupture gave a value of 40.5 MPa. This value testifies very good mechanical resistance strength of the material which is made by the fines of phosphate. These characteristics obtained are compared here to the European Standard values EN 1338 for paving blocks. The values obtained for all the tests attest good manufacturing material. This new material can also be used as refractory materials in the ovens and in pottery materials.

Abstract

La génération de fines de phosphate d’alumine sédimentaire avant le processus de fabrication de l’acide phosphorique utilisé comme engrais, pose un problème environnemental crucial. En effet, dans la région de Thiès au Sénégal, de grandes quantités de fines sont stockées dans la nature durant de longues périodes sans traitement préalable ou recyclage par les Industries Chimiques du Sénégal (ICS) et la Société Sénégalaise des Phosphates de Thiès (SSPT). L’objectif de ce travail est de valoriser ces rejets par l’utilisation de ces fines de phosphate d’alumine sédimentaire générées par le traitement physique (concassage, transport et criblage) du tout-venant de phosphate d’alumine. Pendant l’Harmattan, un vent chaud et sec, ces particules fines recouvrent de poussière blanchâtre toute la faune et la flore environnantes du secteur. Ces particules peuvent être lixiviées pendant la saison des pluies pour contaminer la nappe phréatique et ainsi engendrer des maladies chez les populations qui utilisent ces eaux. En effet, ces matériaux stockés en très grandes quantités comme des « déchets », qui polluent la vue, l’espace et l’environnement, sont recyclés pour produire des blocs de matériaux réfractaires qui seront utilisés dans la construction comme des briques ou des pavés autobloquants. Le but de cette étude est donc de trouver à partir des ces fines rejetées avant traitement, un nouveau matériau qui répondra à une norme bien connue en termes de caractéristiques physiques et mécaniques et permettant: (1) d’une part la réduction de leur degré de nuisance par leur consommation pour générer un matériau utile surtout au niveau des villages environnants du site minier et (2) d’autre part de faire travailler les jeunes dans ce processus de recyclage des fines pour générer des emplois et par la même occasion des ressources additionnelles leur permettant de vivre dans de meilleures conditions.

Ainsi, une formulation d’un mélange bien défini contenant ces fines de phosphate d’alumine sédimentaire de composition chimique variée mais semblable à celle de scories volcaniques du point de vue chimique (taille des particules comprise entre 0,063 mm et 5 mm), du silicate de sodium (comme liant d’éléments minéraux) et de l’eau, a permis la confection de blocs de matériaux de 20×10×6 cm3 de dimensions par cuisson durant plusieurs heures au four pour une température constante de 225 °C. La densité du silicate de sodium est de 1.4.

De bonnes caractéristiques mécaniques et physiques ont été obtenues grâce à des essais sur ces matériaux. Des essais de résistance à la traction par fendage, des mesures de la teneur en eau d’absorption totale, des mesures des dimensions des blocs (longueur, largueur et épaisseur) ainsi que de perte au feu en milieu ambiant ont été réalisés sur ces blocs après leur cure pour une caractérisation complète. Des valeurs moyennes de 3,03 MPa et 2,5 % ont été respectivement obtenues en résistance à la traction et en teneur en eau d’absorption totale. Des variations négatives de −2,05 mm, −0,59 mm et −1,69 mm en moyenne ont été obtenues respectivement sur la longueur, l’épaisseur et la largeur des blocs pour une valeur moyenne de perte au feu de 5,30 %.

La déduction de la résistance à la compression à partir de la valeur moyenne obtenue au fendage donne une valeur de 40,5 MPa, ce qui se traduit par une très bonne résistance mécanique du matériau. Ces caractéristiques ont été comparées aux valeurs standards données par la Norme Européenne EN 1338 sur les pavés. Ces valeurs obtenues témoignent d’un bon matériau. Ce nouveau matériau peut également être utilisé comme matériau réfractaire dans les fours et dans la poterie.

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