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
2+
3+
2+
+
exemple Cu , UO2 , VO2 et Fe ,
+
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
32Molybdate
(MoO4 ),
(VO4 ),
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:
2+
2+
2+
2+
2+
Cu > UO2 > VO > Hg > Pb >
2+
2+
2+
2+
2+
Ni > Zn > Co > Cd > Fe >
2+
2+
2+
2+
2+
>
Be > Mn > Ca > Mg > Sr
2+
Ba > 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 cidessus, 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:
3+
3+
Aluminium (Al ), Galium (Ga ),
3+
3+
Indium (In ), Thallium (Tl ),
ème
groupe latéral:
du 3
3+
3+
Scandium (Sc ), Yttrium (Y ), les
3+
ions terres-rares (Se )
ainsi que les métaux de transition
trivalents :
3+
3+
Fer (Fe ), Chrome (Cr ), Cobalt
3+
(Co ) 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
Cuivre
Uranium
Vanadium
Mercure
Plomb
Nickel
Zinc
Cobalt
Cadmium
Fer
Beryllium
Manganèse
Calcium
Magnésium
Strontium
Sodium
2+
(Cu )
2+
(UO2 )
2+
(VO )
2+
(Hg )
2+
(Pb )
2+
(Ni )
2+
(Zn )
2+
(Co )
2+
(Cd )
2+
(Fe )
2+
(Be )
2+
(Mn )
2+
(Ca )
2+
(Mg )
2+
(Sr )
+
(Na )
DpH
1,0
1,4
1,6
1,7
1,8
2,1
2,5
2,55
2,8
3,0
3,5
4,0
4,4
4,6
4,7
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
2+
droite de l’ion Vanadyle (VO ) 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
B - Forme mono-Na+
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 %).
(50 % de la capacité totale saturée
+
par du Na ).
Conditionnement de la résine sous
+
forme H avec 1-1,2BV de NaOH à
4%.
Rinçage
3-4 BV d’eau adoucie ou
déminéralisée.
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
Se limite à la fixation des cations
2+
2+
2+
Cu , UO2 ,VO .
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 ciaprès se rapportent néanmoins à la
forme de livraison.
Utilisation
De préférence pour traiter des
solutions ayant une faible teneur en
2+
2+
Ca et en Mg (par exemple celles
résultant d’une neutralisation à la
soude).
2+
A partir du percement de Ca et du
2+
Mg , le pH de l’effluent se modifie et
devient faiblement acide, pH 4-6.
Une post-neutralisation est donc
nécessaire.
C - Forme di-Na
D - Forme Ca2+
(100 % de la capacité totale saturée
+
par du Na ).
Conditionnement de la résine sous
+
forme H avec 2,0 - 2,4 BV de NaOH
à 4 %.
(100 % de la capacité totale saturée
2+
par du Ca ).
Le conditionnement de la résine sous
2+
la forme Ca peut être effectué de
deux manières, comme suit:
Mode opératoire
Le conditionnement est effectué de
préférence de façon ascendante.
Dans le cas où cette opération est
effectuée de façon descendante, les
couches inférieures sont soumises à
des surpressions qui entraînent une
dégradation mécanique des billes de
résine, du fait de la forte
augmentation du volume de la résine
(25-30 %) lors de ce conditionnement.
- Conditionnement à l’aide d’une
suspension de Ca(OH)2.
Déplacement
1-1,5 BV d’eau adoucie ou
déminéralisée passée aussi de façon
ascendante.
Utilisation
De préférence avec des eaux ayant
subi une neutralisation à la chaux.
Effluent
Fortement basique au départ (pH> 9).
Avec des solutions neutralisées à la
chaux dont la teneur en Calcium est
comprise entre 5 et 10 g/l les ions
sodium sont entièrement remplacés
par les ions calcium après le passage
de 10 BV de solution. A partir de ce
point, et pour toute la durée de
fonctionnement, l’effluent du filtre se
situe à un pH neutre.
+
Le Lewatit TP 207 dans sa forme H
sera traité avec un lait de chaux de
Ca(OH)2 (suspension à 5%) à raison
de 70-85 g par litre de résine.
Mode opératoire
La suspension de Ca(OH)2 dans un
réservoir est préalablement
homogénéisée de façon ascendante
à travers la colonne de résine et la
solution débordante est réinjectée
dans le réservoir.
La vitesse linéaire est réglée d’une
façon telle (8-10 m/h) que l’expansion
du lit de TP 207 atteigne environ
50 %. La suspension de Ca(OH)2 est
recirculée sur la résine aussi
longtemps que nécessaire pour que
la turbidité de la suspension ait dans
une large mesure disparu.
Durée indicative du conditionnement :
Approximativement 1 heure.
Il est recommandé d’utiliser pour
cette opération des suspensions
d’hydroxyde de calcium très finement
divisé qui permettent d’éviter de
colmater les buses des filtres.
Quantité nécessaire : 0,35 - 0,45 l de
suspension commerciale à 20 % de
Ca(OH)2, diluée dans trois volumes
d’eau par litre de Lewatit TP 207.
Un soulèvement intensif de la masse
de résine est ensuite effectué avec
de l’eau brute jusqu’à ce que
l’effluent du filtre soit limpide.
- Conditionnement à l’aide d’une
solution de Ca(Cl)2 après mise de
+
la résine sous forme di-Na .
Mode opératoire
- 1 étape:
Préparation de la forme di-Na comme
décrit ci-dessus. Rinçage avec 1 - 2
BV d’eau adoucie ou déminéralisée.
- 2ème étape:
2+
Passage sous la forme Ca avec 2 2,4 BV d’une solution 0,5 molaire de
chlorure de calcium.
Utilisation
De préférence sur des eaux
provenant d’une neutralisation à la
chaux ou lors de l’épuration d’eau de
nappe.
Effluent
Neutre pendant la totalité du temps
de travail du filtre.
4 - Recommandations pour la régénération.
Les quantités et les concentrations
d’acide à utiliser sont respectivement
les suivantes:
- 2 - 2,5 BV d’acide chlorhydrique en
solution à 7,3 % (correspond à 2
moles),
ou,
- 2 - 2,5 BV d’acide sulfurique en
solution à 10 % (correspond à 2
moles),
ou,
- 2 - 2,5 BV d’acide nitrique en
solution à 12,6 % (correspond à 2
moles).
La présence de quantités croissantes
de sels alcalins et alcalino-terreux a
une influence sur la capacité utile du
TP 207 en métaux lourds.
Tandis qu’une concentration élevée
en alcalins (ex : 100 g/l NaCl) ne
diminue que d’un tiers la valeur de la
capacité utile, la présence de teneurs
importantes de sels alcalino-terreux
entraîne un abattement de 50 à 70 %
de la capacité utile.
Lors d’essais en laboratoire les
valeurs de capacité utile suivantes
ont été constatées
Charge spécifique: 3 - 5 BV / h.
Rinçage : 3 - 4 BV d’eau adoucie ou
déminéralisée.
Conditions de saturation
• Solution A: 1 g/l NaCl.
• Solution B: 1 g/l NaCl + 7,5 méq/l
2+
2+
(Ca + Mg ).
• Solution C : 20 g/l NaCl + 7,5 méq/l
2+
2+
+ Mg ) ; ex : après une
(Ca
précipitation à la soude.
• Solution D : 20 g/l CaCl2 ex : après
une précipitation à la chaux.
• pH de la solution influente: 5,5.
• Teneur en métaux lourds des
solutions à traiter : 0,5 méq/l.
• Forme de la résine : forme mono-Na
Charge spécifique: 10 BV I h.
L’acide sulfurique ne doit en aucun
cas être utilisé lorsque le Lewatit TP
207 a été saturé avec des solutions
contenant du calcium ce qui
entraînerait des précipitations de
gypse.
L’ acide nitrique doit être utilisé
comme régénérant en présence de
plomb dans les solutions à traiter.
L’utilisation d’acide chlorhydrique
concentré (15 - 20 %) est
recommandée lorsqu’un traitement
spécial de la résine s’avère
nécessaire,
principalement
pour
désorber le chrome (III) ou ses
oxydes.
Capacité utile
La capacité utile du Lewatit TP 207
est
influencée
de
façon
caractéristique par les facteurs
suivants :
Position du métal considéré dans
la liste de sélectivité.
Les ions de métaux lourds qui
forment avec les groupes actifs de la
résine des complexes d’une plus
grande stabilité, comme par exemple
le cuivre, seront plus fortement
retenus par la résine que ceux se
situant plus à droite dans ce
classement
par
sélectivité
décroissante.
pH de la solution à traiter
Il faut tenir compte ici des indications
du chapitre 2 “pH de décomplexation”.
En présence de plusieurs métaux
lourds la valeur du pH à maintenir est
celle qui est optimale pour le métal
dont la sélectivité pour le TP 207 est
la plus faible.
Teneur en sel neutre
spécifique est recommandée (ex : 5
BV/h.).
Présence de
complexants
organiques ou
inorganiques
Une grande part des complexants
utilisés dans l’industrie du traitement
de surface n’influe pas, ou dans une
faible mesure, sur la fixation des
métaux lourds par le Lewatit TP 207.
Dans la majeure partie des cas, la
présence des complexants “durs”
comme les ions cyanure, l’ E.D.T.A et
le N.T.A, empêche totalement la
fixation des métaux lourds par le
Lewatit TP 207.
L’influence
des
principaux
complexants utilisés dans l’industrie
du traitement de surface sur la
fixation des métaux lourds par le
Lewatit TP 207 est présentée dans le
tableau 3.
Ces données se rapportent à une
solution à traiter ayant un pH compris
entre 5 et 7.
Charge spécifique:
Lors de la saturation de l’échangeur,
la charge spécifique ne doit pas,
d’une façon générale, dépasser 10
volumes par heure. Quand deux
échangeurs de même volume sont
placés en série on peut alors
employer une charge spécifique de
20 BV/h pour saturer chaque
échangeur pris isolément, la charge
spécifique sur le volume global de TP
207 restant alors de 10 BV/h.
Il faut tenir compte d’une diminution
de capacité du TP 207 quand des
charges spécifiques plus élevées
sont utilisées.
Dans certains cas particuliers, par
exemple avec des solutions très
concentrées,
une
diminution
supplémentaire
de
la
charge
+
Capacité utile (g/l de résine, rapporté à la forme H )
Solutions de saturation
Ions métalliques
A
B
C
D
2+
Cuivre
(Cu )
55 - 60
40 -50
35 - 40
25 - 30
2+
(Ni )
40 - 45
27 - 32
20 - 25
10 - 15
Nickel
2+
Zinc
(Zn )
40 - 45
25 - 30
23 - 28
12 - 17
2+
70 - 75
40 - 45
40 - 45
12 - 17
Cadmium (Cd )
2+
130 - 140 120 - 130 105 -115
85 - 90
Plomb
(Pb )
Les constantes de stabilité des
complexes métaux lourds-acides
carboxyliques (leur valeur de pK),
augmentent de façon importante
avec la basicité de la solution à traiter.
Par exemple, les complexes du
cuivre et du nickel avec l’acide
citrique ne sont de ce fait
qu’incomplètement séparés par le TP
207 pour le domaine de pH supérieur
à 7, ce qui peut conduire à des
concentrations
résiduelles
plus
élevées dans l’effluent.
II est donc conseillé, en présence de
polyacides
carboxyliques,
de
maintenir le pH de la solution
affluente entre 5 et 7.
Ions métalliques
Agents chelatants
Cu2+
O
Ni2+
O
Zn2+
O
Cd2+
A
Pb2+
A
Acide oxalique
A
A
A
A
A
Acide tartrique
A
A
A
A
A
Acide citrique
A
A
A
A
A
• Cyanure
• Polyacide carboxyliques
Acide gluconique
A
A
A
A
A
Acide glucoronique
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
(A)
(A)
(A)
(A)
(A)
O
O
O
O
O
A
A
A
A
N.T.
Ethylène diamine
A
A
A
A
A
Diéthylène triamine
A
A
A
A
A
Triéthanolamine
A
A
A
A
A
A
A
A
A
N.T.
(A)
A
A
A
N.T.
O
O
• Amino -acides
Glycine
NTA
EDTA
• Ammoniaque
1
• Amines aliphatiques
• Hydroxyalkylamine
1
1,2
3
• Acides alkylphosphoniques
4
• Organosulfures (précipitant métaux lourds)
O
Tableau 3: Influence des complexants sur l’absorption des métaux lourds.
A - Adsorption des ions métaux en présence du complexant concerné.
(A) - Adsorption limitée.
O - Aucune adsorption.
N. T. - Non testé.
1- En présence d’ammoniaque libre (pH>8) et/ou d’amines aliphatiques, les métaux lourds sont liés au TP 207 sous forme de complexe avec un
seul ligand de l’amine concernée
2- Connu, par ex. sous le nom commercial “Quadrol” et “Pluriol”.
3 - Connu, par ex. sous le nom commercial de “Turbinai’.
4 - Connu, par ex. sous le nom commercial de:
- “TMT 15” (trimercaptotriazine) et
- “Plexon I 105” (dithiocarbamate de diéthyle).
5 - Domaines d’applications typiques du Lewatit TP 207
Les eaux résiduaires chargées en
métaux lourds, ayant fait l’objet d’une
détoxification
conventionnelle,
contiennent encore en général des
teneurs faibles en métaux lourds car
les valeurs de pH qui s’établissent
lors des réactions de précipitation,
par exemple à la chaux, n’ autorisent
NaHS03
NaOCl
H2SO4
pas une précipitation quantitative de
tous les métaux lourds présents dans
la solution. Les concentrations
résiduelles peuvent être de l’ordre de
0,1 à 10 ppm de métaux lourds.
Le Lewatit TP 207 élimine ces
concentrations résiduelles jusqu’à
des valeurs qui se situent en dessous
NaOH
Cr
conc.
CN
conc.
des valeurs maximales autorisées. L’
échangeur sélectif tient alors le rôle
de filtre de sécurité. L’eau ainsi
traitée peut alors être rejetée à
l’égout.
Le schéma d’une telle installation de
détoxification est donné dans le
schéma n°1 ci-dessous.
acide
conc.
base
conc.
eau de
rinçage Cr
eau de
rinçage CN
eau de rinçage
pH 8 - 9
filtre presse
ajust
pH
réduction des
chromates
décontamination
des cyanures
neutralisation et précipitation
des métaux lourds
REJET
Me
2+
E.I.S.
forme
Na
E.I.S.
forme
Na
< 50 ppb
Schéma 1 : exemple d'une installation de détoxification
clarificateur
réservoir
tampon
boues en
décharge
SABLE
Me
2+
0,1 – 10 ppm
E.I.S. : Echangeurs d’ions sélectifs
Lewatit TP 207
Concentrations résiduelles en
métaux lourds pouvant être
atteintes.
Dans les solutions ayant été
traitées par les procédés de
précipitation par des hydroxydes,
usuels dans l’industrie du traitement
de surface, des teneurs résiduelles
2+
2+
2+
2+
2+
en Ni , Cu , Zn , Cd , Pb
inférieures à 0,1 mg/l peuvent être
atteintes si les conditions suivantes
sont respectées
• deux filtres de Lewatit TP 207 sont
utilisés en série l’un derrière l’autre,
• la résine est conditionnée à l’aide
d’une quantité minimum de 1 éq
NaOH/l
d’échangeur
(quantité
calculée sur la forme de livraison),
• pour les eaux neutralisées à la
chaux, et dans celles contenant des
polyacides carboxyliques, avant
d’alimenter les échangeurs sélectifs,
la valeur du pH de la solution doit
être ramenée à une valeur
comprise entre 5 et 7, pour éviter la
précipitation de carbonate de
calcium ou de gypse dans le lit de
résine,
• la charge spécifique ne dépasse
pas 20 BV/h lors de la saturation de
la résine,
• l’absence des complexants
cyanure et EDTA, et du NTA dans
le cas de la fixation du nickel, est
garantie,
• l’absence des sulfures alcalins ou
des organo-sulfures (ex : TMT 15,
Plexon 1105) parfois employés
dans
les
techniques
de
précipitations physico-chimiques est
garantie,
2+
• la concentration en calcium (Ca )
de la solution à traiter ne dépasse pas 20 g/l.
6 - Récupération d’ions métalliques polluants dans les eaux
résiduaires de traitement de surface
La condition nécessaire à l’emploi
des procédés de récupération connus
à ce jour est l’abandon de la pratique
consistant à mélanger tous les
effluents de rinçage pour effectuer
leur traitement dans une unité
centralisée.
Les exigences croissantes relatives
aux teneurs résiduelles autorisées en
métaux lourds ainsi que des concepts
de valorisation et de limitations de la
formation des déchets poussent au
contraire à un traitement séparé des
différents flux d’effluents. Les divers
métaux polluants seront ainsi traités
directement sur leur lieu de création
en les récupérant et en les
concentrant à partir des eaux de
rinçage. Cette méthode va aussi
dans le sens des exigences légales
relatives aux boues monométalliques.
Un exemple typique d’application de
cette technique est la récupération du
cuivre dans l’industrie électrique
décrite dans le schéma n°3.
D’autres ions métalliques comme le
nickel ou le zinc peuvent aussi, en
principe, être récupérés dans des
sites décentralisés selon ce schéma.
Il convient ici de tenir compte des
données relatives au pH de
décomplexation.
La forme hydrogène du Lewatit TP
207 est utilisée de préférence pour
séparer et concentrer les ions cuivre
d’une solution contenant d’autres
métaux de transition, ou les éléments
des groupes principaux. Ce fait
s’explique par la propriété de l’ion
cuivrique qui, même en milieu
fortement acide, forme des chélates
stables avec les groupes actifs de la
résine alors que la majeure partie des
ions
métalliques
divalents
(à
2+
2+
3+
l’exception de UO2 , VO . Fe ) ne
peuvent être fixés par la résine audelà de leur valeur DpH respective
que si la solution est fortement
tamponnée ou si la résine a été
préalablement conditionnée.
Dans le graphe n°4 la fixation de l’ion
cuivrique par le TP 207 sous forme
hydrogène est représentée en
fonction de la valeur du pH de la
solution à traiter. On constate que la
capacité utile en cuivre du TP 207 se
rapproche d’un maximum pour un pH
proche de 3. Dans la pratique on
fixera la valeur du pH de la solution
incidente dans le domaine pH
2-3.
Elimination d’ions métalliques gênants dans les bains de process.
L’élimination des ions fer dans
les bains de galvanisation (à
large bande) employés dans
l’industrie sidérurgique fait
partie des problèmes de ce
type.
Durant
le
procédé
de
déposition, du fer provenant
des bandes d’acier est dissous
essentiellement sous forme
2+
Fe dans le bain.
Les ions Fe ont un effet
indésirable sur le processus de
galvanisation. Pour chaque
type de bain existe une teneur
limite que le fer ne doit pas
dépasser
et
au-delà
de
laquelle la solution constituant
le bain doit être remplacée.
Composition d’un électrolyte
de galvanisation enrichi en
2+
Fe
pH: 1,52, Fe2: 2760 mg/l,
3+
Zn: 110-120 g/l, Fe : 460 mg/l,
H2SO4: 3,6 g/l, Température :
60° C.
Pour éliminer les ions fer, une
partie de l’électrolyte est bipassée au travers d’une
colonne de TP 207 sous forme
hydrogène,
la
solution
appauvrie en fer est ensuite
réintroduite dans le bain. Le
débit de recirculation du bipasse est calculé en fonction
de l’apport horaire en fer dans
le milieu.
Lors
du
processus
de
saturation l’ion fer doit être
sous la forme trivalente car les
2+
ions Fe ne sont pas adsorbés
par la résine dans un
électrolyte où l’ion hydrogène
est très fortement majoritaire
(pH < 2). L’oxydation sous la
forme trivalente est réalisée
par addition d’une quantité
stœchiométrique de peroxyde
d’hydrogène.
La fixation de l’ion Fe3 contenu
dans un électrolyte de zinc est
représentée
jusqu’
à
l’établissement de l’équilibre
dans le diagramme n°5.
Emploi du Lewatit
TP207 dans
l’assainissement
des eaux de nappe
Elimination des concentrations résiduelles
des métaux lourds provenant des eaux de
lavage des fumées d’incinération
Une proportion croissante d’eaux de
nappe est contaminée par des cations
de métaux lourds du fait de pollutions
anciennes. Pour dépolluer les couches
aquifères il est impératif de pomper et
de traiter l’eau durant une période
prolongée, les toxiques devant
respecter les teneurs légales avant
d’être réintroduites dans le milieu
aquatique.
A l’aide du Lewatit TP 207 il est
possible d’éliminer sélectivement les
ions toxiques des métaux lourds, dont
le nickel, le cuivre, le cobalt, le zinc, le
cadmium et le plomb contenus dans
les eaux souterraines. Le chaînage
habituel constitué de deux filtres en
série permet de réduire les teneurs
résiduelles de ces différents métaux
lourds à quelques dizaines de ppb.
Pour cette application l’emploi de la
résine sous la forme calcium s’est
avéré avantageux. En effet, grâce à ce
conditionnement, ni la dureté, ni le pH
de l’eau traitée ne sont modifiés au
cours de la saturation du Lewatit TP
207.
Lors du lavage des fumées
d’incinération des quantités notables
d’ions de métaux lourds
s’accumulent dans l’eau acide (ex
2+
2+
2+
2+
2+
2+
Cu , Ni , Cd , Zn , Pb , Co ,
3+
2+
Cr , Hg ), ces concentrations
pouvant, selon la nature du matériau
brûlé, se situer dans le domaine
100-200 ppm.
En règle générale les suspensions
provenant des tours de lavage acide
sont neutralisées à la chaux et les
hydroxydes des métaux lourds
qu’elles contiennent sont précipités
à un pH compris entre 8,5 et 9,5.
A ce stade les concentrations
résiduelles de métaux lourds qui
sont de l’ordre de 0,5 à 5 ppm
peuvent être réduites jusqu’à
quelques dizaines de ppb en
employant le Lewatit TP 207 dans le
chaînage classique à deux filtres.
Pour cette application la résine doit
être de préférence conditionnée
sous forme calcium ou di-Na.
Cet emploi de l’échangeur sélectif
requiert notamment après
précipitation à la chaux une
acidification du milieu à pH 5-7.
Ceci doit être impérativement
effectué avant passage de la
solution sur le lit de résine, c’est-àdire après précipitation et filtration.
En l’absence d’acidification il faut
s’attendre à une précipitation
massive de carbonate de calcium
qui, en quelques heures, forcera à
arrêter l’installation.
L’emploi de l’échangeur d’ions
sélectif TP 207 se caractérise, au
contraire de la méthode basée sur la
précipitation par les sulfures (avec
Na2S ou des organosulfures), par une
meilleure absorption des pics de
concentrations en métaux lourds qui
sont toujours observés en aval des
précipitations hydroxydes de métaux
lourds.
L’injection d’une quantité de sulfures
proportionnelle aux métaux lourds
présents dans le milieu, qui rendrait
le procédé économique est, dans la
pratique, irréalisable du fait du coût
des méthodes d’analyse en continu
des métaux lourds. De ce fait, des
excès importants doivent être mis en
œuvre.
Du fait de leur toxicité pour les
poissons, ces molécules doivent être
éliminées avant de rejeter les
effluents dans le milieu aquatique.
Les recommandations concernant
l’élimination du mercure dans les
eaux de lavage des fumées
d’incinération sont contenues dans la
notice technique du Lewatit TP 207.
Dans les graphiques de la figure n°6
sont présentées les teneurs
résiduelles obtenues pour les ions
2+
2+
2+
2+
2+
2+
Cu , Ni , Zn , Cd , Mn , et Pb ,
après un chaînage constitué par deux
filtres de Lewatit TP 207 installé dans
une unité d’incinération d’ordures
ménagères en fonctionnement.