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PROCEDE D'ELIMINATION DE LA. SILICE EN SOLUTION DANS DES
LIQUIDES, EN PARTICULIER DANS LES EAUX D'UTILISATION.
L'invention concerne un procédé d'élimination de la silice en solution dans des liquides, en particulier dans les eaux d'utilisation ou les .solutions aqueuses telles que les solutions salines.
On sait que la silice contenue dans l'eau et se présentant, selon les idées scientifiques qui prédominent aujourd'hui sous forme de solution colloïdale, contribue de façon importante à la formation d'incrustation dans les chaudières. La présence de silice dissoute a été égale- ment reconnue nuisible lorsque les eaux servent à dautres usages. La quantité de silice en solution colloïdale dans les eaux silicieuses brutes varie et atteint souvent 20 ou 30mg. par litre et davantage.
On a constaté qu'on réussit de façon simple à éliminer pratiquement de façon complète, ou jusqu'à un degré
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où elle n'est plus nuisible, la silice en solution dans des liquices, par exemple des eaux industrielles, en mettant ces liquides pendant un temps variant suivant la quantité de si- lice en présence j en contact avec des gels d'oxydes métal- liques qui sort insolubles dans l'eau.
Les gels qui peuvent être utilisés suivant l'invention sontles gels d'oxydes des metaux dans les solutions salines aqueuses desquels on peut précipiter par un alcali des hydroxydes colloïdaux, Ces comditions sont remplies par exemple par les gels de l'oxyde de fer, de l'oxyde de chrome, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxyde de cérium, de l'oxyde de scandium) de l'oxyde de magnésium,. de l'oxyde de zinc, de l'oxyde de cadmium,, de l'oxyde de cuivre, de l'acide titanique,, de l'acide stannique, de l'oxyde de zirconium, de l'oxyde de thorium,, de l'acide tungsténique, etc...
Tous ces gels, qui peuvent 'être utilisés suivant l'invention, forment avec la silice en solution colloïdale dans les liquides des composés pra- tiquement insolubles ou très peu solubles, qui sont des composés d'adsorption de la silice,des poly-composés de la silice ou des silicates doubles.
On peut aussi utiliser, suivant l'invention des mélanges mécaniques des gels d'oxydes métalliques, gels insolubles dans l'eau. Le cas échéant on peut aussi utiliser des combinaisons,, ou des mélanges à allure de combinaisons, de ces gels d'oxydes métalliques; on peut utiliser par exemple un précipité mixte de gel d'acide titanique et de gel d'oxyde de fer précipités à partir de solutions des chlo- rures au moyen d'ammoniaque ou de substances analogues.On peut utiliser de même des composés hydrogélés de l'acide stannique avec l'alumine ou de l'acide titanique avec l'oxyde de thorium, etc.. Le rapport entre les divers éléments hydrogélés dans les mélanges de gels de la nature à allure de combinaisons peut 'être stoechiométrique ou inférieur ou supérieur.
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0' est ainsi qu'on peut Utiliser par exemple des mélanges de
80% de gel d'acide titanique avec 20% de gel d'oxyde de zinc ou réciproquement, de 90% de gel d'oxyde de fer avec
10% de gel d'acide stannique ou réciproquement, etc...On peut aussi, pour éliminer la silice dissoute dans Les liqui- des, utiliser des mélanges de trois, ou de plus de trois gels d'oxydes métalliques dans un rapport quelconque entre eux.
Il y a intérêt à utiliser des gels ou mélanges de gels séchés et de préférence granulés avant leur utilisa- tion. Les gels ou mélanges de gels peuvent aussi être uti- lisés mélangés avec des matières inertes organiques et inorganiques ou avec des matières inertes organiques ou inorganiques, Parmi ces matières on citera par exemple le coke et le charbon activés débarrassés de silice soluboe, des tissus de matières textiles $, la sciure de bois, la cellulose, les roches, de préférence de nature poreuse, qui ne peuvent pas céder de silice ou dont la silice a été rendue insoluble par un traitement préalable, par exemple la craie, le marbre, la pierre ponce, l'argile cuite, etc...
Des substances inertes utilisées en mélange avec les gels ou mélanges 'de gels peuvent aussi servir de supports sur lesquels on précipite les gels ou mélanges de gels.
Au lieu d'utiliser des gels ou des mélanges de gels tout préparés pour éliminer la silice dissoute dans des liquides, on peut aussi produire ces gels ou mélanges de gals en totalité ou en partie dans le liquide à traiter ou au moyen de ce liquide. On obtient ce résultat par exemple en ajoutant aux liquides à traiter ou à une partie de ces liquides, en quantité déterminée par le calcul)les substances nécessaires pour la production des gels ou mélan- ges de gels, c'est-a-dire le ou ies sels métalliques et -des alcalis ou des substances à action alcaline telles
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que l'ammoniaque. Si les liquides à traiter contiennent- déjà. les substances nécessaires pour la précipitation des gels,
il faut en tenir compte dans l'addition que l'on fait à ces liquides. On peut d'ailleurs produire aussi les gels dans les liquides aqueux à traiter en utilisant des oxydes ou hydroxydes métalliques, le cas échéant mélangés avec des gels ou mélanges de gels et formant des gels au commet avec l'eau, parmi ces substances on citera par exemple les oxydes et les hydroxydes du magnésium, du zinc,, du cadmium), du cuivre3du manganèse, etc... Toutefois l'utilisation de substances qui forment des gels avec le liquide aqueux à traiter n'est pas aussi avantageuse que l'utilisation de gels préparés d'avance. En effet ceux-ci sont plus efficaces que les gels produits dans le liquide;
en outre on peut les débarrasser des sels qui se produisent pendant la formation des gels eton évite que ces gels passent dans le liquide à traiter. on a constaté en outre que l'élimination,suivant l'invention, de la silice contenue dans des eaux, au moyen de gels ou de mélanges de gels, peut être accompagnée alun adoucissement des eaux. L'eau est débarrassée entièrement ou partiellement des composés qui la durcissent sans que d'autres anions entrent en solution comme dans l'échange de bases.. Cet adoucissement simultané est tout particuliè- rement efficace lorsqu'on utilise des gels ou mélanges de gels contenant des bases ou des substances à action basique telles que des hydroxydes, borates,, phosphates..), aluminates;, etc... alcalins.
Les gels contenant des baseâ ou des sub- stances à action basique n'éliminent donc pas seulement la silice dissoute, ils éliminent aussi les durcissants, c'est-à-dire la chaux et les sels de magnésium,, ainsi que le fer et le manganèse existant dans l'eau. On obtient des gels contenant, des bases ou des substances à action
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basique en précipitant par exemple des gels dans des solu- tions de sels métalliques au moyen d'un alcali en excès et en éliminant ensuite, mais non complètement,, l'alcali en présence.
Le cas échéante les substances et mélanges utilisés peuvent encore contenir un peu de silice en plus des impuretés usuelles Toutefois la quantité de silice ne doit pas être assez grande pour que la capacité d'ad- sorpion de la silice par le gel soit empêchée ou influen- cée, On a constaté qu'il est utile que les durcissants' retenus par les gels ou mélanges de gels soient éliminés de l'eau avant l'élimination proprement dite de la silice..
En effet ces durcissants diminuent l'action des gels ou mélanges de gels relativement l'élimination de la silice..
On les élimine en général par les mêmes moyens que dans l' échange de bases, c'est-à-dire au moyen de sels, solubies dsns l'eau,, des métaux alcalins, par exemple de chlorures alcalins;), de nitrates alcalins, etc... d'est seulement après cette élimination des durcissants qu'on procède à l'élimina- tion de la silice.
Toutefois on peut aussi combiner ces deux opérations lorsqu'il y a suffisamment de gels par rapport aux durcissants.,
Au lieu d'éliminer les durcissants de l'eau de la même fagon que la silice dissoute,on peut aussi éli- miner préalablement ces durcissants de l'eau de façon quelconque, par exemple au moyen de substances naturelles ou artificielles provoquant l'échange des bases3 substances telles que les zéolithes. L'élimination de la silice se fait alors par agitation de l'eau avec des gels ou mélanges de gels suivant l'invention.
L'élimination, suivant l'invention, de la silice dissoute dans des liquides se fait de préférence dans des filtres traversés par le liquide et remplis de gels
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ou de mélanges de gels d'oxydes métalliques. On peut aussi superposer dans des filtres différentes couches de diffé- rents gels ou mélanges de gels. On peut aussi maintenir les gels en suspension dans l'eau par agitation) pour obte- nir, après le dépôt et la décantation ou le filtrage de l'eau:,, de l'eau privée de silice ou pauvre en silice.
On peut de même utiliser des filtres dans lesquels l'eau est d'abord mise en contact avec des substances provoquant l'échange de bases,, pour éliminer les durcissants l'eau arrivant ensuite sur des couches de filtrage constituées par des gels ou mélanges de gels. On pourra aussi procéder inversement, c'est-à-dire traiter l'edu au moyen de gels ou mélanges de gels avant le traitement au moyen des substances provoquant l'échange de bases, bien qu'une partie des durcissants puisse déjà être absorbée dans les gels dans ce cas etque l'on risque que de la sliiice rentre dans l'eau avec les changeur de bases qui en contiennent*.
Lorsque la capacité d'absorption de la silice des gels ou mélanges de gels a diminué, on peut régénérer ceux-ci* Pour produire cette régénération), on peut mettre les gels par exemple en contact avec une lessive alcaline), par exemple une lessive de soude de 1-5% à chaud ou à froid,, en agitant ou en filtrant ou filtre à gel, jusqu'à ce que. la silice ait été absorbée par la lessive en quantité sufflsante. Lorsqu'il s'agit de gels solubles dans les alcalis, par exemple le gel d'aluminium, ainsi d'ailleurs que d'autres gels); la régénération peut être obtenue au moyen de substances à action alcaline telles qu'une solution de potasse, de carbonate de soude,, de triphosphate de soude, et d'autres substances analogues à action alcaline ou libé- rant un alcali.
On lave alors l'alcali à peu près jusqu'à ce que les eaux qui s'écoulent soient neutres et les gels peuvent servir de nouveau à éliminer la silice. Toutefois
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l' élimination de la silice par les gels peut aussi titre produite par d'autres substances qui comme les molYb- dates par exemple et d'autres substances qui forment, avec la silice des silicates complexes solubles. 0' est ainsi par exemple que les gels ou mélanges de gels épuisés peuvent 'être laves avec ure solution aqueuse, 1-5% par exemple) de molybdate d'ammonium) par exemple en faisant passer cette solution à travers les filtres à gel.
La régénération, des gels peut d'ailleurs être aussi produite par le chauffage par exemple par un traitement au moyen d'eau chaude eu en faisant passer de la vapeur d'eau surchauffée sur les gels ou 4 travers les gels. Les gels peuvent également être régénérés lorsqu'on fait agir., de préférence sous pression, sur les gels épuisés, de l'eau contenant de l'acide carboni- que libre. Les durcissants absorbés par les gels ne sont pas seulement éliminés sous forme de bicarbonates mais encore de grandes quantités de silice sont également dissoutes et extraites.
On peut aussi faire agir les divers régéné- rateurs simultanément ou successivement sur les gels ou mélanges de gels épuisés.
Les bases absorbées peuvent être dissoutes et extraites des gels au moyen de solutions aqueuses d'acides, de préférence des acides dilués tels que de l'acide acétique, de l'acide formique, de l'acide chlorhy- drique), à environ 1/2 à 1% Ceci a aussi pour effet de mettre en solution dans certains cas une partie de la silice. Les solutions utilisées pour la régénération peuvent servir 4 plusieurs reprises jusqu'à ce qu'elles perdent leur efficacité; on les fait agir par exemple plusieurs fois sur la même matière ou on les utilise succes- sivement pour traiter différents gels ou mélanges de gels épuisés.
Le traitement d'eaux au moyen de gels ou de mélanges -de gels a pour effet d'éliminer des eaux, en plus des dur-
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cissants, non seulement la silice dissoute, mais aussi l'humus et les substances analogues,.l'hydrogène sulfuré etune série d'autres impuretés,.
Exemple 1 :prendre un gel d'oxyde de fer
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précipite froid par exemple au moyen d' am.non1aQue j d'une solution de chlorure de fer, lavé et séché à 80 - 90 C en- virent Granuler jusqut à une grosseur de grain appropriée le gel ainsi séché) (le lavage peut aussi n'avoir lieu que dans cet état) et le disposer dans un filtre, prendre le liquide à débarrasser de la silice dissoute et le faire passer à travers un filtre en gel d'oxyde de fer à une vitesse telle que le liquide qui s'écoule contienne encore la quantité de silice désirée.
En réglant la vitesse de passage du liquide à travers le filtre on peut régler au degré désiré l'élimination de la silice dissoute. La. teneur en silice de l'eau non traitée et de l'eau traitée
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est déterminée par la méthode de l7inckler (Zeltschrlft f. angew. chemie, 1914, p. 511).
Une eau brute contenant par exemple 17 mg, de silice par litre étant filtrée à une vitesse de 100 parties d'eau en volume passant travers 50 parties de gel en volumes en quatre minutes,la teneur en silice peut être réduite a 1 mg. ou même moins. Si le filtrage continue, la teneur en silice de l'eau filtrée augmente lentement.
Lorsqu'on a filtré 80000 parties d'eau en volume à travers le même filtre, l'eau filtrée contient environ 7,5 à 9 mg. de silice.
Si on réduit la vitesse de filtrage au quarto la teneur en silice de l'eau qui sortredescend jusqu'à environ 5 mg. Après régénération de la matière filtrante on obtient de nouveau les cogitions primitives..
2) Un gel d'oxyde d'aluminium précipité à frôla dans une. solution industrielle de chlorure d'aluminium
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80 - 90 se comporte de la même façon que le gel d'oxyde de fer de l'exemple 1. La régénération du gel d'oxyde d' aluminium se fait au moyen d'une lessive de soude a 1/4%, qui peut servir aussi à régénérer le gel d'oxyde de fer de l'exemple 1.
3) L'oxyde de zirconium précipité . froid par de 1 ' ammoniaque dans une solution d' oxy-chlorure de zirco- nium et lavé ensuite,, puis séché à environ 70- 80 fournit un excellent gel d'oxyde de zirconium capable de fixer de grandes quantités de silice. La régénération est la même que dans l'exemple 1 ou 2,
4) Un gel d'oxyde de titane préparé comme le gel d'oxyde de fer, en partant de chlorure de titane, fixe également des quantités considérables de silice dissoutes dans l'eau. Régénération comme dans les exemples 1 à 3
5) Un oxyde de magnésium fondu ou fortement calcinée en' grains, se transforme.au contact de l'eau en gel d'hydroxyde de magnésium capable de fixer de grandes quanti- tés de silice.
Pendant le filtrage toutefois, une partie de l'hydroxyde de magnésium se dissout.. d'est pourquoi il est utile de filtrer l'eau encore une fois avant de s'en servir.
6) L'oxyde de zinc. a une action semblable à celle de l'oxyde de magnésium,. Dans ce cas également il est utile de filtrer l'eau pour la débarrasser de l'oxyde de sine ou des parcelles d'hydroxyde en suspension.,
7) L'acide stannique précipité à froid d'une solution aqueuse de chlorure double d'étnin et de sodium' fournit après séchage un produit hydrogélé qui absorbe la silice contenue dans l'eau.
REVENDICATIONS.
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