Soutenance mémoire
Les activités industrielles génèrent des rejets polluants. Le traitement des effluents industriels et leur valorisation constituent une préoccupation majeure des industriels qui recherchent des solutions sûres, économiques et pratiques, avec une maintenance simplifiée et dont l’équipement puisse être réalisé réellement. L’industrie de traitement de surfaces est grande consommatrice d’eau en raison des multiples rinçages pendant le procédé. Par exemple, lors du passage des bains de chromage aux bains de rinçage, les pièces chromées entraînent des quantités plus ou moins importantes d’acide chromique et des impuretés métalliques dans les eaux de rinçage. L’acide chromique est l’un des composés les plus dangereux des eaux résiduaires. De plus, il coûte relativement cher. On attache un intérêt tout particulier à sa récupération. Donc le traitement des eaux de rinçage et des bains de traitement épuisés s’impose.
CHROME ET ACIDE CHROMIQUE
Chimie du chrome
Le chrome, de numéro atomique 24, appartient au groupe VIb du tableau périodique. Il est le vingt-cinquième élément en abondance sur la terre. Sa configuration électronique est 1s2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p6 , 3d4 , 4s2 . Sa forme la plus stable correspond à la répartition 3d5 , 4s1 . Comme tous les éléments de transition, le chrome forme de nombreux complexes colorés et paramagnétiques.
Le chrome se trouve à des états d’oxydation différents, qui sont: – 2, -1,0, +1, +2, +3, +4, +5 et +6. Les états les plus importants sont Cr, Cr(II), Cr (III), et Cr(VI). On connaît trois oxydes de chrome : L’oxyde de chrome II CrO ayant une réaction basique. C’est un réducteur fort. L’oxyde de chrome III Cr2O3 qui possède des propriétés amphotères. L’oxyde de chrome VI CrO3 qui est un oxyde acide, en solution dans l’eau, on peut trouver, suivant la concentration en CrO3, des composés différents (Martins et Carpeni, 1953). Au cours de notre travail nous nous sommes intéressés principalement à des solutions contenant du chrome à l’état d’oxydation VI.
Solutions de Cr (VI )
Le trioxyde de chrome ou anhydride chromique (CrO3), aussi nommé acide chromique, est le composé de base des bains de chromage. Il est très hygroscopique et ses solutions ont un caractère acide fort.
En solution, le Cr(VI) se présente sous forme de différentes espèces anioniques ou neutres chromates (CrO4 2- ), dichromates (Cr2O7 2- ), hydrogénochromates (HCrO4- ). De plus, il forme des polychromates H2CrnO3n+1 ou n 1 < n <4, tous dérivés de l’oxyde de chrome (trichromates n = 3, tétrachromates n = 4). Ces anions peuvent être hydratés. Quant aux trichromates et tétrachromates, ils ne se forment que des solutions contenant un grand excès d’anhydride chromique et souvent de l’acide concentré. La couleur des monochromates et de leur solution est jaune mais les solutions deviennent de plus en plus rouge brun quand on avance dans la série des polychromates, en passant de l’orangé pour les hydrogénochromates et dichromates au rouge sombre ou rouge brun de plus en plus foncé pour les polychromates La présence des différents anions de chrome hexavalent est régie par les équilibres ou la prédominance de chaque espèce est en fonction de la concentration totale en chrome et du pH de la solution. Le diagramme d’équilibre (Deltombe, 1963) donne les domaines de prédominance relative de ces formes dissoutes (H2CrO4, HCrO4- , CrO4 2- ) en fonction du pH et de la concentration des solutions .
Utilisations de l’acide chromique
L’acide chromique est utilisé dans :
➤ Le chromage électrolytique: la pièce métallique à couvrir de chrome est placée comme électrode dans une solution d’acide chromique additionnée d’acide sulfurique. Pour une finition brillante, durable, qui résiste à la ternissure, il est recommandé d’améliorer la résistance à l’usure et à la corrosion.
➤ Ingrédient pour la préservation du bois en tant que fixatif pour lier des biocides au bois.
➤ Passivation extérieure des surfaces des métaux pour améliorer la résistance à la corrosion.
➤ Production de bichromate de potassium et de bichromate d’ammonium.
➤ Production de dioxyde de chrome pour la production de bandes haute fidélité, audio, vidéo et informatique.
➤ Fabrication d’autres dérivés chimiques de chrome.
Toxicité de l’acide chromique
Le trioxyde de chrome n’est pas directement inflammable mais il peut donner lieu des réactions violentes avec d’autres composés en raison de son pouvoir oxydant. Cependant, le trioxyde de chrome chauffé sans ménagement au-dessus de 330°C peut produire par le dégagement de l’oxygène dû à sa décomposition, une déflagration. Son action en tant que trioxyde ou acide chromique sur des composés qui sont susceptibles d’être oxydés peuvent générer des réactions avec explosion ou incendie. L’intoxication accidentelle provoque essentiellement des symptômes digestifs, le risque de cancer est préoccupant pour les travailleurs des industries de fabrication des chromates et des bichromates. L’application rapide d’acide ascorbique sur la peau contaminée permet une réduction du chrome VI en chrome III, et limite ainsi la pénétration du chrome VI dans les cellules (Lauwerys, 2002).
Chromage électrolytique
Le chromage est un procédé de revêtement par électrolyse permettant de déposer du chrome métallique sur les surfaces à traiter pour leur conférer les propriétés de ce métal. Ce traitement bien connu, est effectué pour deux applications importantes : le chromage décoratif et le chromage dur, pour lesquelles, la couche déposée ne diffère essentiellement que par son épaisseur.
Prétraitements
Préalablement au dépôt de chrome, les pièces devront subir des traitements préparatoires afin de présenter une surface totalement propre et lisse. Parmi ces traitements nous trouvons :
• Traitement mécaniques : polissage, rodage, rectification, grenaillage.
• Dégraissage : chimique ou électrolytique, pour éliminer les graisses utilisées comme lubrifiant et réfrigérant.
• Décapage : son objet est l’élimination de la couche d’oxyde qui se forme au contact de la pièce avec l’atmosphère.
• Dépassivation ou activation: ce traitement est réalisé pour éliminer la couche d’oxyde qui peut subsister à la surface de la pièce après les traitements suivis, c’est en effet un décapage doux. Cette couche fait que la surface passivée n’est pas bonne conductrice. L’opération consiste à immerger les pièces, généralement juste avant dépôt, dans un acide ou mélanges d’acides propres, sans impuretés ni inhibiteur.
Rinçage
Les pièces une fois chromées sont rincées abondamment dans des bains contenant principalement de l’eau. Les opérations de chromage exigent une importante qualité du rinçage, principalement dans le chromage décoratif. Généralement, il y a un premier bain de rinçage, nommé bain mort, suivi de plusieurs rinçages courants successifs à eau perdue ou bien recyclée. Ce bain mort sort de tampon entre la cuve de chromage et les autres rinçages L’efficacité du rinçage est définie par le critère de qualité de rinçage qui est défini par le rapport entre la concentration du bain de travail et celle de la dernière étape du rinçage. Il existe plusieurs méthodes de rinçage :
• Le rinçage en cascade avec deux ou plusieurs compartiments ayant une circulation à contre courant du passage des pièces. L’évacuation de l’eau de rinçage la plus polluée est réalisée dans la première étape après le bain de chromage.
• Rinçage statique est un pré-rinçage. Il réduit la concentration du liquide entraîné et donc diminue le débit du rinçage qui suit. Il n’est pas alimenté en continu mais périodiquement renouvelé. Par exemple, l’installation d’un bassin de rinçage statique à la suite de bain de chromage permet de récupérer la quasi-totalité de la solution de placage entraînée par les pièces. Il suffit de purifier l’eau de rinçage avant de la renvoyer dans le bain de chromage pour remplacer l’eau évaporée.
• Rinçage par aspiration
• Combinaison des protocoles antérieurs .
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Table des matières
Introduction Générale
CHAPITRE I : CHROME ET ACIDE CHROMIQUE
I. Chrome et acide chromique
I.1Chimie du chrome
I.2 Solutions de Cr (VI)
I.3 Utilisations de l’acide chromique
I.4 Toxicité de l’acide chromique
I.5 Chromage électrolytique
I.5.1 Prétraitements
I.5.2 Principe du chromage réactionnel
I.5.3 Rinçage
I.5.4 Compositions des bains électrolytiques
I.5.5 Contrôle des bains électrolytiques
CHAPITRE II : MATERIAUX ECHANGEURS D’IONS ET PROCEDE MEMBRANAIRES
II. Matériaux échangeurs d’ions et procédé membranaires
II. 1 Matériaux échangeurs d’ions
II. 1.1. Définitions
II.1.1.1 Membranes échangeuse d’ions
II.1.1.1 Textiles échangeurs d’ions
II.1.2. Fonctionnement d’un matériau échangeurs d’ions
II.1.3. Classification des matériaux échangeurs d’ions
II.1.3.1. MEI et TEI homopolaires
II.1.3.2. MEI et TEI bipolaires
II.1.3.2. MEI et TEI amphotères
II.2.3.4. Membranes mosaïques
III.1.4. Mode de fabrication des MEI et TEI
II.1.6. Propriétés mécaniques et structurales des membranes échangeuses d’ions et des textiles échangeurs d’ions
II.1.5.1 Structure du squelette des membranes échangeuses d’ions
II.1.5.2 Structure du squelette des textiles échangeuses d’ions
II.1.5.3 La géométrie
II.1.5.4 La stabilité thermique et chimique
II.1.6. Propriétés physicochimiques des membranes échangeuses d’ions et des textiles échangeurs d’ions
II.1.6.1. Capacité d’échange 16
II.1.6.2. Gonflement (teneur en eau)
II.1.5.3. Résistance électrique
II.1.7. Propriétés spécifiques des membranes échangeuses d’ions
II.1.7.1 Potentiel de Donnan et exclusion inique
II.1.7.2. Permsélectivité
II.1.7.3. Diffusion et autodiffusion
II. 1.7.4. Théorie du flux
II.1.8. Propriétés physicochimiques des textiles échangeurs d’ions
II.1.8.1 Grammage
II.1.8.1 Porosité
II.2. Procédés membranaires
II.2.1. Dialyse ionique
II .2.2. Electrodialyse
II .2.2.1 Prinicipe
II.2.2.2 Applications
II.2.2.3. Limites de la technique
II.2.3. Electro-electrodialyse
II .2.4. Utilisation des textiles échangeurs d’ions
II.2.5 Procédés combinant électrodialyse et échange d’ions
II.2.5.1 Electro-extraction sur textile échangeurs d’ions
II. 2.5.2 Électrodésionisation
CHAPITRE III : ANALYSE DES TRAVAUX D’EPURATION DES EFFLUENTS CHARGES EN IMPURETES METALLIQUE
III.Analyse des travaux portant sur l’épuration des effluents chargés en impuretés métalliques
III.1 Cas de l’acide chromique contaminé par les métaux
III.1.1 Techniques électrochimiques
III.1.1.1 Techniques électromembranaires
III.1.1.2 Techniques électrochimiques de séparation
III.1.2. Techniques utilisant l’échange d’ions
III.1.3. Méthodes chimiques
III.1.3.1 Procédé par réduction (déchromation)
III.1.3.2 Procédé par précipitation
III.1.4 Techniques utilisants des membranes liquides
III.1.5 Techniques basées sur l’adsorption
III.1.6 Evaporation
III.2 Cas des eaux chargées en métaux
III.2.1 Précipitation chimique
III. 2. 2. Adsorption
III. 2. 3. Extraction liquide-liquide
III.2.4. Techniques d’échange d’ions
III.2.5. Techniques membranaires
III. 2. 6. Techniques membranaires couplées à l’échange d’ions
Conclusion Générale
