Integrated strategy for the characterization and valorization of fluorine and silicon recovered as fluorosilicic acid from wet-phosphoric acid

L'acide fluorosilicique, sous-produit de l'industrie du phosphate, est généralement généré de manière involontaire lors de la production d'acide phosphorique par voie humide ainsi que de l'engrais triple superphosphate à partir de fluorapatite. Face aux préoccupations croissantes en matière de l'environnement et de développement durable, les usines de production d'acide phosphorique ont mis en place des systèmes intégrés de récupération du fluor, permettant de capter les gaz fluorés sous forme d'acide fluorosilicique. Ce composé, bien qu'il présente des enjeux environnementaux, offre également des opportunités en matière de valorisation des ressources. Cette thèse présente une étude approfondie articulée autour de deux objectifs interconnectés : d'une part, le développement d'outils analytiques permettant une caractérisation précise de l'acide fluorosilicique ; d'autre part, l'exploration de voies de valorisation durables pour ses principaux constituants chimiques, le silicium et le fluor. Le premier axe de cette thèse est consacré au développement d'outils analytiques permettant d'analyser l'acide fluorosilicique. Pour ce faire, un matériau de référence certifié certifiant la fraction massique de H2SiF6 a été développé. Ce matériau, actuellement indisponible dans le commerce, a pour objectif de renforcer l'assurance qualité dans l'analyse de ce sous-produit industriel. Par ailleurs, en raison de l'absence de techniques existantes pour la quantification des espèces fluorées, à savoir H2SiF6, HF et le fluor total, dans cette matrice complexe, une nouvelle méthode analytique a été développée, validée, puis appliquée. Cette méthode repose sur un titrage potentiométrique avancé, permettant la quantification simultanée de H2SiF6, de HF et de la teneur en fluor total avec une grande exactitude. Le MRC et la méthode analytique développés dans cette étude comblent une lacune importante dans les moyens analytiques nécessaires pour une analyse fiable de l'acide fluorosilicique. Ces outils assisteront les laboratoires impliqués dans le contrôle qualité et la recherche & développement en permettant une analyse rapide et précise, l'étalonnage des instruments, la validation des méthodes ainsi que l'établissement de la traçabilité météorologique. Le deuxième axe de ce travail explore les stratégies de valorisation de l'acide fluorosilicique, en accord avec les principes de l'économie circulaire et de la chimie verte. Une attention particulière est portée à la récupération et à la conversion du silicium contenu dans ce composé en engrais NPK à base de silicium, une classe émergente d'intrants agricoles reconnue pour améliorer la résilience et la productivité des plantes. La faisabilité de différentes étapes chimiques, incluant la récupération de la silice, sa purification, la synthèse de composés intermédiaires et la formulation d'engrais biodisponibles pour les plantes, a été évaluée. Parallèlement, la teneur en fluor de H2SiF6 a été étudiée en vue d'une récupération potentielle et d'une co-valorisation avec le phosphogypse (CaSO4.2H2O), un autre sous-produit de l'industrie de l'acide phosphorique par voie humide. Cette approche conduit à la synthèse de deux produits précieux : le fluorure de calcium et le sulfate d'ammonium. Elle constitue un modèle prometteur d'économie circulaire pour l'industrie du phosphate, notamment au Maroc, premier exportateur mondial de phosphate, en générant une valeur économique à partir des flux de déchets tout en réduisant l'impact environnemental. En intégrant le développement analytique à la chimie industrielle appliquée, cette recherche fournit à la fois un outil pratique pour l'analyse précise de l'acide fluorosilicique et des stratégies de valorisation innovantes et respectueuses de l'environnement. Les résultats contribuent à renforcer les capacités analytiques, à améliorer l'efficacité des ressources et à faire progresser les technologies durables pour la valorisation des sous-produits industriels.