Guide des techniques des industries de procédé
La solubilité du carbonate
de calcium dans l'eau résulte d'un
équilibre de concentration entre le bicarbonate Ca(HCO3)2
, le carbonate CaCO3 et le dioxyde de carbone CO2.
Il est représenté par:
Ca(HCO3)2 ⇋
CaCO3
+ CO2
+ H2O
Le bicarbonate est soluble dans l'eau.
Le carbonate est très peu soluble dans l'eau.
La concentration en CO2 dans l'eau est
proportionelle à la pression
partielle présente dans l'atmosphère en équilibre. Comme pour tous les
gaz, elle diminue quand la température augmente.
D'autres équilibres s'établissent également:
|
CO2 atm ⇋ CO2 aq |
k = [CO2] ⁄ PCO2 pk = 1,25 à 10°C |
|
CO2 + H2O ⇋ H2CO3 |
k = [H2CO3] ⁄ [CO2] pk = 1,5 à 10°C |
|
CO2 + H2O ⇋ H+ + HCO3- |
ka = [H+] [HCO3-] ⁄ [CO2] pka = 6,5 à 10°C |
|
H2CO3 ⇋ H+ + HCO3- |
ka = [H+] [HCO3-] ⁄ [H2CO3] pka = 3,5 à 10°C |
|
HCO3- ⇋ H+ + CO32- |
ka = [H+] [CO32-] ⁄ [HCO3-] pka = 10,5 à 10°C |
| Ca++ + CO3-- ⇋ CaCO3 |
ks = [Ca++] [CO32-] pks = 8,15 à 10°C |
La modification du pH, de la teneur en CO2
ou de la
température peuvent provoquer la rupture de l'équilibre
calco-carbonique et engendrer la précipitation de carbonate de calcium.
Une augmentation du pH en diminuant la teneur en CO2
libre
dans l'eau tend à augmenter la teneur en carbonate CaCO3.
Lorsque la
limite de solubilité est atteinte, le carbonate précipite. Ce principe
est appliqué dans le procédé de décarbonatation à la chaux.
Le pH pour lequel cette limite est atteinte est appelé pH de saturation
(pHs).
Si il est positif (pH> pHs) l'eau aura tendance à précipiter du carbonate de calcium.
La concentration en CO2 libre dans
l'eau détermine la
proportion des formes bicarbonate soluble Ca(HCO3)2
et carbonate insoluble CaCO3.
Moins la concentration en CO2 est élevée et plus
la forme carbonate est
favorisée.
Il existe pour chaque type d'eau une concentration en dessous de
laquelle le carbonate commence à précipiter: c'est la concentration en
CO2 équilibrante.
Pour des concentrations inférieures, l'eau est dite incrustante.
Pour des concentrations supérieures, l'eau est dite agressive.
Ca(OH)2 + 2 HCO3- + Ca++ → 2 H2O + 2 CaCO3
Le gaz carbonique équilibrant est également neutralisé ce qui entraine la réduction du TH de l'eau jusqu'à pratiquement la valeur du TH permanent (TH - TAC ) , le TAC chute à une valeur proche de 0 ( 1 à 3°f en pratique ) et le TA se stabilise entre 0.5 et 1.5°f si la chaux est correctement dosée.Cette opération est réalisée dans une structure en forme d'entonnoir d'où l'eau épurée déborde par surverse et du fond de laquelle sont extraits les boues de carbonate de calcium.
La chaux est ajoutée, sous forme de lait de chaux, par pompe doseuse, proportionnellement au débit et au TAC de d'eau à traiter.2 R-COO-H + Ca++ → (R-COO)2-Ca + 2 H+
Ces ions hydrogène réagissent avec les ions bicarbonates pour former de l'eau et du gaz carbonique éliminé ensuite sur une tour de dégazage:2 H+ + 2 HCO3- → 2 H2O + 2 CO2
Le TH chute donc à la valeur (TH -TAC) et le TAC chute à 0.La régénération de la résine saturée s'effectue avec de l'acide chlorhydrique ou sulfurique.
La dureté d'une eau correspond à sa teneur en Calcium et
Magnésium.
La somme des teneurs en Calcium et Magnésium forme le Titre
Hydrotimétrique (TH).
Elle est exprimée:
- en mg de CaCO3/litre dans le monde anglo-saxon
- en degré Francais en Europe (1°F=10mgCaCO3/l)
1mg Ca/l = 2,5mg CaCO3/l = 0,25°F
1mg Mg/l = 4,2mg CaCO3/l = 0,42°F
Si TH<10: eau douce
Si TH>40: eau dure
Pour convertir les unités suivantes en degré Francais (°F), multiplier
par:
====================================
mmol/l d'ion alcalino-terreux: 10
mEq/l d'ion alcalino-terreux : 5
ppm de CaCO3 : 0,1
degré Allemand (°D) : 1,78
degré Anglais (°A) : 1,43
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