Lewatit® - Résines Echangeuses d`Ions Sélectives

Lewatit® - Résines Echangeuses d’Ions Sélectives
Propriétés et application de la Lewatit TP 207
Information Technique .

Sommaire
1 – Groupe actif et sélectivité ............................................................................ 3
2 – pH de décomplexation (DpH) ...................................................................... 4
3 - Conseils pour la mise en œuvre de l’échangeur .......................................... 5
4 - Recommandations pour la régénération. ..................................................... 7
Capacité utile...................................................................................................................7
Charge spécifique: .........................................................................................................7
Présence de complexants organiques ou inorganiques ......................................7
5 - Domaines d’applications typiques du Lewatit TP 207.................................. 9
6 - Récupération d’ions métalliques polluants dans les eaux résiduaires de
traitement de surface....................................................................................... 11
Elimination d’ions métalliques gênants dans les bains de process. ...............11
Elimination d’ions métalliques gênants dans les bains de process. ...............12
Elimination des concentrations résiduelles des métaux lourds provenant des
eaux de lavage des fumées d’incinération........................................................13

1 – Groupe actif et sélectivité
Le Lewatit TP 207 possède des
groupes iminodiacétiques, faiblement
acides et chélatents, qui présentent
une sélectivité marquée pour toute
une série de métaux lourds et de
métaux de transition.
Les métaux lourds sont fixés par
l’échangeur d’ions sous forme
cationique et préférentiellement dans
des solutions faiblement acides
jusqu’à faiblement basiques.
Dans la plupart des cas, le Lewatit
TP 207 est employé après avoir été
présaturé (i.e conditionné) à l’aide d’
ions alcalins ou alcalino-terreux.
Dans certains cas exceptionnels, par
exemple Cu2+, UO2
2+, VO2 + et Fe3+,
l’emploi de la forme acide (H+) est
possible.
Le caractère amphotère de son
groupe actif confère, en milieu
fortement acide, des propriétés
d’échangeur d’anions au Lewatit TP
207. Sont alors fixés
préférentiellement les “gros anions”
sous forme de leur acide libre. Parmi
ceux-ci on dénombre, en les classant
selon leur acidité décroissante, les
anions Perchlorate (ClO4
-), Vanadate
(VO4
3-), Molybdate (MoO4 2-),
Perrhenate (Re04
-), ainsi que les
complexes chlorurés des éléments
du groupe du Platine. Pour ces
derniers l’adsorption se fera à partir
de solutions d’acide chlorhydrique
(0,1-2 moles HCl/l) et contrairement
aux échangeurs d’anions plus
fortement basiques la désorption des
métaux nobles retenus sur la résine
sera possible. La stabilité du
complexe formé varie avec les
différents métaux lourds et diminue,
dans le cas des métaux divalents,
selon la série suivante:
Cu2+ > UO2
2+ > VO2+> Hg2+> Pb2+>
Ni2+ > Zn2+> Co2+> Cd2+ > Fe2+ >
Be2+> Mn2+> Ca2+> Mg2+> Sr2+ >
Ba2+> Alcalins.
Ceci est vérifié à la condition que ces
métaux ne forment pas de complexes
avec les principaux anions présents
dans la solution. Dans le cas
contraire, des modifications limitées
de cet ordre de sélectivité ont lieu.
Une fixation préférentielle d’un métal
se produira aussi lorsqu’un métal
situé plus à droite dans la série ci-
dessus, dans la plupart des cas des
alcalins et/ou des alcalino-terreux, est
présent dans le milieu.
Les ions métalliques trivalents du
3ème groupe principal:
Aluminium (Al3+), Galium (Ga3+),
Indium (In3+), Thallium (Tl3+),
du 3ème groupe latéral:
Scandium (Sc3+), Yttrium (Y3+), les
ions terres-rares (Se3+)
ainsi que les métaux de transition
trivalents :
Fer (Fe3+), Chrome (Cr3+), Cobalt
(Co3+) seront aussi fixés par le
Lewatit TP 207.
Le classement de ces métaux
trivalents dans la série de sélectivité
décroissante des divalents n’est pas
possible dans la mesure où ces
éléments réagissent très
différemment à l’état de complexes.
Par exemple les ions Chrome-III ne
sont retenus quantitativement par
l’échangeur d’ions qu’à des
températures élevées (60 – 70° C).
De la même manière, la désorption
des ions Chrome-III n’est obtenue
quantitativement qu’ à partir de 50° C
avec une solution moyennement
concentrée d’acide chlorhydrique.
Les ions de Fe(III) présentent un
comportement similaire.
Les ions de Cobalt (III) ont un
comportement anormal du fait de leur
caractère fortement oxydant en milieu
acide ce qui a pour conséquence la
destruction par oxydation du groupe
actif de la résine lors de sa
régénération avec un acide minéral.
* valable en présence de chlorure.

2 – pH de décomplexation (DpH)
La stabilité du complexe Métal-Iminodiacétate
est caractérisée par la valeur DpH.
La valeur DpH indique la concentration en ions
Hydrogène (H) à partir de laquelle l’ion
métallique correspondant sera désorbé par la
résine. Elle est caractéristique de chaque ion
métallique et ne doit pas être dépassée lors du
processus de saturation. On ajuste dans la
pratique le pH de la solution affluente de telle
sorte qu’il se situe au minimum 0,5 unité de pH
au dessus de la valeur DpH de l’ion métallique
considéré. La capacité d’échange maximale
est en général obtenue quand le pH de la
solution à traiter se situe 2 unités au dessus du
DpH.
La connaissance des valeurs DpH est
particulièrement utile pour permettre la
séparation de mélanges d’ions métalliques.
Métal DpH
Cuivre (Cu2+
)1,0
Uranium (UO2
2
+)1,4
Vanadium (VO2+
)1,6
Mercure (Hg
2
+)1,7
Plomb (Pb2+)1,8
Nickel (Ni2+)2,1
Zinc (Zn2+
)2,5
Cobalt (Co2+
)2,55
Cadmium (Cd
2
+)2,8
Fer (Fe2+
)3,0
Beryllium (Be
2
+)3,5
Manganèse (Mn2+
)4,0
Calcium (Ca2+
)4,4
Magnésium (Mg
2
+)4,6
Strontium (Sr2+)4,7
Sodi um (Na+)6,5

3 - Conseils pour la mise en œuvre de l’échangeur
Pour la majeure partie des ions
métalliques qui constituent une
préoccupation pour la protection de
l’environnement, la fixation sélective
par le Lewatit TP 207 nécessite que
celui-ci soit conditionné, c’est-à-dire
qu’après la régénération normale à
l’acide, la résine soit au moins
partiellement présaturée à l’aide
d’une base ou d’ions ammonium.
Pour cette présaturation, il est
important de n’utiliser que des bases
ou des ions ammonium. En effet,
l’utilisation des sels neutres (NaCl ou
Na2SO4) n’est pas possible dans la
mesure où le groupe fonctionnel ne
peut effectuer une dissociation de
ces sels neutres.
En principe, ce conditionnement doit
être effectué pour la fixation de tous
les ions métalliques qui se trouvent à
droite de l’ion Vanadyle (VO2+) dans
la classification des ions par
sélectivité décroissante de fixation.
Pour l’élimination des teneurs
résiduelles de métaux lourds, par
exemple après des unités de
détoxification par charge ou au fil de
l’eau, ou pour le traitement
décentralisé de flux partiels
contenant des métaux, les formes de
conditionnement suivantes ont fait
leurs preuves:
A - Forme hydrogène
Mode opératoire
Régénération de la forme de livraison
avec 2 BV d’une solution de HCl à
7,3 % (ou éventuellement 2 BV
H2SO4 à 10 % ou de HNO3 à 12,6 %).
Rinçage
3-4 BV d’eau adoucie ou
déminéralisée.
Utilisation
Se limite à la fixation des cations
Cu2+, UO2
2+,VO2+.
Effluent
Acide (pH < 4).
Pour tous les conditionnements
décrits ci-après la forme H est la
forme de départ.
Les données relatives au
conditionnement mentionnées ci-
après se rapportent néanmoins à la
forme de livraison.
B - Forme mono-Na+
(50 % de la capacité totale saturée
par du Na+).
Conditionnement de la résine sous
forme H+ avec 1-1,2BV de NaOH à
4%.
Mode opératoire
Présaturation effectuée de haut en
bas suivie d’un brassage à l’air (10
mn), analogues à ceux effectués
couramment (même durée) dans les
lits mélangés, dans le but de
mélanger les couches supérieures
qui sont sous forme di-Na+ avec les
couches inférieures sous forme H+ et
d’élaborer ainsi une forme
statistiquement mono-Na+.
L’effluent obtenu après ce type de
conditionnement a un pH compris
entre 6 et 9.
Utilisation
De préférence pour traiter des
solutions ayant une faible teneur en
Ca2+ et en Mg2+ (par exemple celles
résultant d’une neutralisation à la
soude).
A partir du percement de Ca2+ et du
Mg2+, le pH de l’effluent se modifie et
devient faiblement acide, pH 4-6.
Une post-neutralisation est donc
nécessaire.