Caractérisation physico-chimique d'agents floculants préhydrolysés à base d'aluminium(III)

Abstract

Le but principal de ce travail vise la compréhension des systèmes concentrés à base d'Al(III) utilisés comme agents floculants dans le traitement de l'eau. Ces travaux ont permis de rationaliser les causes de l'instabilité d'un agent floculant à base d'Al[indice inférieur 2](SO[indice inférieur 4])[indice inférieur 3] appelé PASS (polyaluminosilicate sulfate). Pour y arriver, divers agents floculants concentrés (2,5 M Al) et préhydrolysés (r[indice inférieur OH/Al]= 1,5) ont été synthétises à partir d'AlC[indice inférieur 3] auquel a été substitué de l'Al[indice inférieur 2](SO[indice inférieur 4][indice inférieur 3] en différentes proportions. La source d'alcali utilisée est un aluminosilicate de sodium (AS) et/ou un aluminate de sodium. Aussi, l'influence du silicate et du sulfate sur les espèces de l'Al(III) présente en milieu concentré et en conditions plus diluées (0,1-0,01 M Al) a été étudiée. La caractérisation des systèmes concentrés a été effectuée grâce aux techniques d'ultrafiltration (UF) et de compression osmotique. Les études de la dynamique d'instabilité du PASS ont été faites par turbidimétrie et UF. L'influence du silicate et du sulfate sur la spéciation de l'Al(III) en solution diluée a été mesurée par titrage alcalimétrique et par résonance magnétique nucléaire (RMN) de l'[indice supérieur 27] Al. Certaines espèces pouvant être précipitées, leur analyse a été faite par spectroscopie infrarouge (IR) et par diffraction des rayons X (DRX). L'étude par compression osmotique des AS alcalins révèle que les systèmes AS utilisés pour la synthèse des agents floculants sont attractifs donc thermodynamiquement instables, peu importe le degré d'alcalinité.Le diamètre des particules et leur charge sont semblables et indépendants du degré d'alcalinité. Lors de leur mélange a l'AlCl [indice inférieur 3] et/ou Al[indice inférieur 2](SO[indice inférieur 4])[indice inférieur 3] en solution, les AS se fragmentent. L'ultrafiltration (UF) a permis de déterminer une corrélation entre la quantité d'AS et le rayon moyen des particules présentes dans les agents floculants. Par contre, une telle corrélation avec la quantité de sulfate n'a pas été observée bien que le rayon des particules est plus grand avec sulfate que sans sulfate. La compression osmotique des agents floculants concentrés montre que ces systèmes sont répulsifs. i.e. qu'ils ne s'agrègent pas spontanément. Dès lors, seul le mûrissement d'Ostwald peut expliquer l'instabilité observée du PASS.Le sulfate aurait le rôle antagoniste de favoriser la déstabilisation du système par murissement et d'empêcher sa déstabilisation par agrégations, alors que les AS jouent un rôle passif et participent peu au processus de murissement. L'étude de la cinétique de précipitation du PASS dilué à différents taux appuie l'hypothèse du murissement et montre que la dilution favorise l'agrégation orthocinétique des particules d'hydroxyde d'Al formées par hydrolyse. Il en est de même pour l'étude de la cinétique de précipitation du PASS filtre sur des membranes ayant des pores de différentes tailles. La caractérisation par RMN et le titrage de solutions diluées (0,1-0,01 M Al) des différents floculants ainsi que par l'analyse IR et DRX du précipite obtenu de ces solutions permettent de conclure que les AS influencent la spéciation de l'Al(III).Le silicate inhibe de façon spécifique la formation de l'Al[indice inférieur 13] en diminuant sa charge. Quant à lui, le sulfate favorise l'agrégation de l'AI[indice inférieur 13] et sa transformation en hydroxyde d'Al amorphe. Une étude cinétique montre que les particules et oligomères présents dans les agents floculants concentrés se réarrangent lentement en Al[indice inférieur 13] après la dilution. Un r[indice inférieur SO4/Al] supérieur a 0,15 empêche toute formation de cette espèce.