La précipitation chimique

La précipitation chimique est la technologie la plus courante pour retirer les métaux dissous (ioniques) des solutions, comme les eaux usées de processus contenant des métaux

toxiques. Les métaux ioniques sont convertis en une forme insoluble (particule) par la réaction chimique se produisent entre les composés des métaux solubles et le réactif précipitant. Les particules formées par cette réaction sont retirées de la solution par décantation et/ou filtration. L’efficacité d’un procédé de précipitation chimique dépend de plusieurs facteurs, y compris le type de métaux ioniques présents dans la solution et leur concentration, le précipitant employé, les conditions de la réaction (en particulier le pH de la solution) et la présence d’autres constituants pouvant inhiber la réaction de précipitation [29].

II.2.5 L’électrolyse

L’électrolyse est bien connue pour les procédés de l’électro placage. La cellule d’électrolyse est composée de deux électrodes qui permettent le passage du courant : une anode (électrode positive) et une cathode (électrode négative) figure ΙΙ.1.

Figure II.1 : Schéma d’une électrolyse simple [27]

La réaction d’électrolyse est mise en œuvre par l’intermédiaire des réactions d’oxydoréduction suivantes :

Réactions d’oxydation à l’anode : + (II.2) Réaction de réduction à la cathode : (II.3)

Pour les opérations de placage électrolytique, l’objet à plaquer est utilisé comme cathode qui attire les ions métallique de la solution (électrolyte) dans laquelle il est plongé. L’utilisation de l’électrolyse en tant que procédé propre de valorisation est assez courante. Elle permet la réduction ou l’oxydation d’espèces chimiques. Pour cela, un courant passe à travers la cathode et l’anode insoluble. La cathode, souvent composé d’acier inoxydable ou de fibre de carbone, est recouverte du métal (contenu initialement dans l’électrolyte) qui se dépose par réduction.

A l’anode, on observe la destruction des ions par oxydation. Parmi les domaines d’utilisation sont les suivants :

– La destruction des cyanures par oxydation en cyanates moins toxiques. L’oxydation peut se faire soit directement, soit indirectement par l’intermédiaire d’un composé capable de réagir sur l’effluent.

– La réduction de chrome hexa valent en chrome trivalent par l’intermédiaire des ions ferriques en milieu acide...etc.

Les différents avantages et inconvénients de la technique sont regroupés dans le tableau suivant [27].

Tableau IΙ.1 : Avantages et inconvénients d’électrolyse simple [27]

Avantages Inconvénients

Extraction des métaux dissous Coût d’exploitation faible Peu consommatrice d’énergie

Permet de soulage la station de détoxication physico-chimique

Permet de réduire la quantité de réactifs de précipitation de la solution physico-chimique

Permet de réduire le volume de boues formé

Le flux hors métal n’est pas changé (présence de sels)

Surveillance nécessaire de la concentration du bain

Remplacement périodique des cathodes

La concentration en métaux doit être supérieure à 0,1 g/l

ΙΙ.2.6 Extraction liquide- liquide

L’extraction liquide-liquide constitue une opération unitaire de génie chimique. C’est un procédé qui permet la séparation de un ou plusieurs constituants d’un mélange en mettant à profit leur distribution inégale entre deux liquides pratiquement non miscibles. Généralement, on met en contact intime une solution d’alimentation, contenant les constituants à séparer (solutés) avec une seconde phase liquide appelée solvant qui extrait préférentiellement un ou plusieurs solutés. Le solvant qui contient alors le ou les solutés est désigné sous le terme d’extrait, la solution d’alimentation ayant perdu la majeure partie de ces mêmes constituants est appelée raffinat (figure ΙΙ.2) [30].

Figure ΙΙ.2 : Schéma de principe de l’extraction liquide- liquide [30]

En pratique, l’utilisation d’un procédé d’extraction liquide-liquide requiert deux opérations successives :

§ Une mise en contact intime des deux phases liquides durant un temps suffisant à l’obtention de l’équilibre ou d’un état proche de l’équilibre et pendant lequel le ou les solutés sont transférés de la phase d’alimentation vers le solvant. A l’équilibre, le rapport des concentrations du soluté dans l’extrait et le raffinat, appelé rapport (ou coefficient de distribution), donne une mesure de l’affinité relative du soluté pour les deux phases [30];

§ Après leur contact, une séparation ultérieure des deux liquides (extrait et raffinat) sous l’effet de la gravité naturelle à laquelle peut s’ajouter, dans certains cas, la mise en œuvre d’autres forces : force centrifuge, champs électrique…etc. [30].

Dans l’industrie, l’extraction liquide-liquide concurrence les autres procédés, tel que la distillation, la cristallisation, l’adsorption…etc. Dans certains cas elle s’impose de manière indiscutable, notamment lorsque les conditions technologiques ou physico-chimique lui sont favorables, comme c’est le cas pour [31] :

v La séparation de constituants à points d’ébullition voisins (séparation de certains hydrocarbures aromatiques et aliphatiques) ;

v La séparation azéotropique ;

v La séparation de composés thermosensibles ou instables (antibiotiques) ;

v La concentration et la purification de solutions diluées, opération souvent plus économique que la distillation.

Actuellement, l’extraction liquide-liquide joue un rôle très important dans divers secteurs industriels et ses applications couvrent les champs des industries de chimie organique, minérale, pétrochimique, nucléaire…etc.

Le tableau ΙΙ.2 donne une vue schématique des différentes applications dans les industries ainsi que l’état d’avancement en matière d’incorporation de cette technique [32].

Tableau ΙΙ.2 : Application de l’extraction liquide-liquide [32]

Applications et état d’activités de l’extraction liquide-liquide

Industrie Applications

Activités Pétrochimique Production d’aromatiques

Purification du pétrole Alkylation

Optimisation de procédés

Chimique Synthèse de polymères

fibres, pesticides, herbicides

Optimisation et développement du procédé Alimentaire et Pharmaceutique Récupération des antibiotiques et vitamines

Purification des produits génétiques

Optimisation et développement du procédé

Métallurgique Récupération et purification des métaux

Recherche de solvants plus efficaces

Nucléaire Traitement des déchets Développement de procédés Environnementale Traitement des eaux polluées

Récupération et recyclage de sous-produits.

Optimisation et développement du procédé

II.2.6.1 Extraction liquide-liquide en chimie analytique

Les procédures d’extraction liquide-liquide utilisées en chimie analytique, sont contrôlées par des processus de distribution des constituants entre deux phases liquides. D’un point de vue pratique, le procédé d’extraction est habituellement décrit par une réaction chimique ayant lieu dans le système à deux phases. Cette formulation est particulièrement avantageuse, lorsque le constituant présent dans la phase aqueuse est seulement soluble dans la phase organique sous forme de composé formé par une réaction chimique. L’espèce à

extraire est généralement neutre, ce qui est le cas si des traces d’ions métalliques sont à extraire sous forme de complexes [33]. Par exemple si l’ion métallique à extraire est divalent et est représenté par M²⁺, la réaction contrôlant le processus d’extraction peut être exprimée comme suit :

(ΙI.4)

Avec M²⁺ l’ion métallique divalent dans la phase aqueuse et HL l’agent dissout dans la phase organique, avec les barres référant à la phase organique.

L’extraction d’un ion métallique sous forme d’un complexe ternaire, peut être présentée comme suit :

(II.5)

Avec N et L⁻ les ligands neutre et chargé négativement, respectivement, dans la solution aqueuse.

L’extraction des ions métalliques utilisant un liquide échangeur d’ions est présenté comme suit :

(ΙΙ.6)

L’acide est normalement présent dans la phase solvant sous forme de dimères.

Les constantes d’équilibre correspondantes aux réactions ci-dessus ayant lieu entre les deux phases et dénommées constantes d’extraction sont définies comme suit [33] :

– Pour la réaction (ΙΙ-4) :

(II.7)