Précipitation des métaux

Cette méthode consiste à précipiter des métaux dissous rencontrés principalement dans les effluents de traitement de surface, les rejets d'hydrométallurgie et les eaux de lavage de gaz de combustion et d'ordures ménagères. Il existe cependant d'autres méthodes d'extraction des métaux lourds dans l'eau, telles que l'échange d'ions et l'adsorption. Le fer est un métal lourd fréquemment rencontré.

Choix du réactif

Précipitation sous forme d'hydroxydes

Comme les hydroxydes de métaux lourds sont généralement insolubles, on utilise souvent la précipitation par ajout de chaux.
On a la réaction :

Mn+ + n OH- M(OH)n

Le produit de solubilité de la réaction vaut :


K = [Mn+] [OH-]n

La solubilité du métal, c'est-à-dire la concentration en métal présent sous toutes ses formes dans la solution, dépend donc fortement du pH.

On remarque donc que les pH de précipitation maximale de tous les métaux ne coïncident pas. Il faut donc rechercher une zone optimale de pH réactionnel, qui peut évoluer de 7 à 10,5 suivant les valeurs minimales recherchées pour l'élimination des métaux les plus nuisibles.

Si l'on utilise une coprécipitation de carbonates sous forme d'hydroxycarbonates moins solubles, le seuil d'élimination peut être amélioré, ce qui est le cas du plomb.

Précipitation sous forme de composés soufrés

Les valeurs résiduelles des métaux ionisés peuvent évoluer de 0,1 à 2 mg/l suivant les métaux, et ceci quels que soient les hydroxydes qui peuvent rester en dispersion colloïdale suivant la qualité de la floculation et de la décantation. Cependant, dans certains pays, les niveaux résiduels recherchés pour des métaux tels que le cadmium, l'argent ou le mercure, deviennent beaucoup plus sévères et descendent à des teneurs de moins de 100g/l.

La précipitation peut alors être effectuée sous forme de composés soufrés extrêmement peu solubles qui permettent ainsi de précipiter des métaux faiblement complexés et dans une zone étroite de pH. On utilise du sulfure de sodium (Na2S) donnant des sulfures colloïdaux qui exigent la coprésence d'hydroxyde de fer pour être floculés, et également des dérivés de mercaptants organiques permettant une floculation moins difficile.

Facteurs influant sur le processus de précipitation

Il en existe cinq :

Exemple de précipitation d'un métal : le fer

Vu tous les paramètres qui entrent en jeu dans la précipitation des métaux, il est impossible de prévoir la solution optimale sans avoir recours à une série d'essais en laboratoire. L'élimination du fer de l'eau illustre ce propos.

La première étape consiste à mettre le fer sous forme ferrique par oxydation. Parfois on peut utiliser l'air avec succès, mais, le plus souvent, on a recours au chlore (sous forme de chlore gazeux ou d'hypochlorite de calcium) ou au permanganate de potassium. La réaction avec le dichlore est la suivante :

2 Fe2+ + Cl2 2 Fe3+ +2 Cl-

A moins qu'un essai n'ait déjà été effectué sur un échantillon d'eau particulière, chaque réactif d'oxydation doit être évalué pour obtenir le meilleur résultat.

Le pH de l'eau est aussi un aspect important de la précipitation. Il doit être réglé à une valeur optimale. Il dépend en effet du produit de solubilité du précipité, mais aussi de sa charge. Le potentiel Zeta permet donc de le déterminer au mieux. Cependant, le pH peut prendre des valeurs différentes suivant le réactif utilisé. Pour un même pH, la chaux est ainsi plus efficace que la soude caustique.

Après oxydation et précipitation du fer, un certain volume de boues est produit. Il faut l'examiner afin de pouvoir décider si la solution peut être filtrée directement ou si elle a besoin d'un traitement de sédimentation avant filtration. En général, lorsque la teneur en fer est inférieure à 5 mg/l, l'eau peut être directement filtrée.