- Structure
- Nomenclature
- Propriétés
- État physique
- Solubilité
- Caractéristiques des PAC commerciaux
- Propriétés chimiques
- Comportement du PAC dans l'eau
- Fonction du PAC comme floculant
- Obtention
- Hydrolyse
- Polymérisation
- Importance du polymère
- Applications
- - En traitement de l'eau
- Comment ça marche
- avantage
- -Dans l'industrie des pâtes et papiers
- - Pour améliorer le ciment
- Références
Une classe de produits en aluminium inorganique hydrosolubles est appelée polychlorure d'aluminium, formée par la réaction partielle du chlorure d'aluminium AlCl 3 avec une base. C'est un solide blanc à jaune. Sa formule générale est souvent exprimée en Al n (OH) m Cl (3n-m). Ils sont également connus sous le nom de PAC ou encore PACl (chlorure de polyaluminium).
Les PAC sont formulés pour contenir des polymères hautement cationiques (ensembles de plusieurs molécules avec de nombreuses charges positives) composés d'ions aluminium (Al 3+), d'ions chlorure (Cl -), d'ions hydroxyle (OH) - et de molécules d'eau (H 2 O).
Le polychlorure d'aluminium (PAC) est utilisé pour éliminer les matières organiques et inorganiques de l'eau dans les floculateurs des usines de traitement des eaux usées. Auteur: Kubinger. Source: Pixabay.
Le polymère cationique le plus important de ces espèces est appelé Al 13 ou Keggin-Al13 qui est très efficace dans le traitement de l'eau et dans l'industrie de la fabrication des pâtes et papiers.
Dans ces applications, les PAC adhèrent à la surface des particules, les faisant se lier entre elles et peuvent se déposer, c'est-à-dire tomber au fond et être filtrées.
Il a également été testé avec succès pour améliorer les propriétés du ciment Portland, car il modifie ou change sa structure à un niveau micro, ce qui rend le ciment plus résistant.
Structure
PAC ou PACl est constitué d'une série d'espèces allant des monomères (une seule molécule), des dimères (deux molécules réunies), des oligomères (trois à cinq molécules réunies) aux polymères (de nombreuses molécules réunies).
Sa formule générale est Al n (OH) m Cl (3n-m). Lorsque ces espèces contiennent les ions A dissous dans l'eau 3+, les ions hydroxyle OH -, les ions chlorure Cl - et les molécules d'eau H 2 O.
En solution aqueuse, sa formule générale est Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + ou encore Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) +.
Le plus utile de ces polymères est celui dit Al 13 ou Keggin-Al13 dont la formule est AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+. L'espèce Al 13 a une forme tridimensionnelle.
On estime que le précurseur de ce polycation est Al (OH) 4 -, qui a une conformation tétraédrique et se trouve au centre de la structure.
Nomenclature
- polychlorure d'aluminium
- PAC (polychlorure d'aluminium)
- PACl (polychlorure d'aluminium)
- Chlorure de polyaluminium
- Polyhydroxychlorure d'aluminium
- Chlorhydrate d'aluminium ou ACH (Chlorhydrate d'aluminium).
Propriétés
État physique
Solide (poudre) blanc à jaune également obtenu sous forme de solutions aqueuses de différentes concentrations.
Solubilité
Soluble dans l'eau.
Caractéristiques des PAC commerciaux
Les différents PAC diffèrent les uns des autres principalement par deux choses:
- Sa force, exprimée en% d'alumine Al 2 O 3.
- Sa basicité, qui indique la quantité de matériau polymère dans le PAC, et peut varier entre 10% (basique faible), 50% (basicité moyenne), 70% (basicité élevée) et 83% (basicité la plus élevée, qui correspond au chlorhydrate d'aluminium ou ACH).
Propriétés chimiques
PAC est une sorte de produits en aluminium solubles dans l'eau. Sa formule générale est souvent exprimée en Al n (OH) m Cl (3n-m).
Comme ils sont produits en faisant réagir du chlorure d'aluminium (AlCl 3) avec une base, la basicité de ces types de produits dépend de la quantité relative d'ions OH - par rapport à la quantité d'aluminium (Al).
Selon la formule Al n (OH) m Cl (3n-m), la basicité est définie comme m / 3n.
C'est un floculant. Il présente des propriétés telles que la facilité d'adsorption sur d'autres particules de charge opposée (il adhère à la surface de celles-ci), la coagulation (union de plusieurs particules sur lesquelles il a été adsorbé) et la précipitation de ces groupes de particules unies.
Les PAC peuvent être instables car ils dépendent du pH. Ils peuvent être corrosifs.
Comportement du PAC dans l'eau
En dissolvant le PAC dans l'eau et en fonction du pH, diverses espèces d'aluminium-hydroxyle (Al-OH) se forment.
Il hydrolyse ou réagit avec l'eau pour former des monomères (molécules unitaires), des oligomères (3 à 6 molécules liées) et des polymères (plus de 6 molécules liées).
L'espèce la plus importante est un polymère à 13 atomes d'aluminium, appelé Keggin-Al13.
Fonction du PAC comme floculant
Le polymère Keggin-Al13 s'adsorbe sur les particules présentes dans l'eau, c'est-à-dire qu'il colle à la surface de celles-ci et les amène à s'additionner, formant des flocs.
Les flocs sont des groupes de très petites particules agglutinées ou unies pour former des structures plus grandes qui peuvent sédimenter, c'est-à-dire aller au fond de la solution aqueuse.
Après avoir formé des flocs, lorsqu'ils sont suffisamment gros, ils vont au fond et la solution aqueuse est propre.
Bassins de floculation et de sédimentation d'une station d'épuration où le polychlorure d'aluminium (PAC) peut être utilisé. Qualit-E sur Wikipedia anglais. Source: Wikimedia Commons.
Obtention
Les solutions de PAC ou PACl sont généralement obtenues en ajoutant une solution basique ou alcaline à une solution de chlorure d'aluminium (AlCl 3).
Pour obtenir une grande quantité de Al 13 polymères à obtenir, la base ou alcalin ajoutée doit pas fournir des ions OH - trop rapide, ni trop lente.
Certaines études indiquent qu'il est difficile de produire une concentration élevée et stable d'Al 13 en utilisant NaOH car il libère des ions OH - trop rapidement dans l'eau.
Pour cette raison, les composés basiques de calcium (Ca) sont préférés, qui ont une faible solubilité dans l'eau et libèrent ainsi des ions OH - lentement. L'un de ces composés basiques de calcium est l'oxyde de calcium CaO.
Voici les étapes à suivre pour la formation du PAC.
Hydrolyse
Lorsque les sels d'aluminium (iii) se dissolvent dans l'eau, une réaction d'hydrolyse spontanée se produit dans laquelle le cation aluminium Al 3+ prend les ions hydroxyle OH - de l'eau et se lie à eux, laissant les protons H + libres:
Al 3+ + H 2 O → Al (OH) 2+ + H +
Al 3+ + 2 H 2 O → Al (OH) 2 + + 2 H +
Ceci est facilité par l'ajout d'un alcali, c'est-à-dire des ions OH -. L'ion aluminium Al 3+ rejoint de plus en plus les anions OH -:
Al 3+ → Al (OH) 2+ → Al (OH) 2 + → Al (OH) 3 0 → Al (OH) 4 -
De plus, des espèces telles que Al (H 2 O) 6 3+ sont formées, c'est-à-dire un ion aluminium lié ou coordonné avec six molécules d'eau.
Polymérisation
Ensuite, des liaisons se forment entre ces espèces, formant des dimères (ensembles de 2 molécules) et des trimères (ensembles de 3 molécules) qui se transforment en oligomères (ensembles de 3 à 5 molécules) et en polymères (ensembles de nombreuses molécules jointes).
Al (OH) 2 + → Al 2 (OH) 2 4+ → Al 3 (OH) 5 4+ → Al 6 (OH) 12 6+ → Al 13 (OH) 32 7+
Ce type d'espèces est joint par des ponts OH entre eux et avec Al (H 2 O) 6 3+, formant des ensembles de molécules que l'on appelle complexes hydroxy ou polycations ou hydroxypolymères.
La formule générale de ces polymères cationiques est Al x (OH) y (H 2 O) n (3x-y) + ou encore Al x O z (OH) y (H 2 O) n (3x-y-2z) +.
Importance du polymère
On pense que le plus utile de ces polymères est le soi-disant Al 13 dont la formule est AlO 4 Al 12 (OH) 24 (H 2 O) 12 7+, et il est également connu sous le nom de Keggin-Al13.
C'est une espèce avec 7 charges positives (c'est-à-dire un cation heptavalent) avec 13 atomes d'aluminium, 24 unités OH, 4 atomes d'oxygène et 12 unités eau H 2 O.
Applications
- En traitement de l'eau
PACl est un produit commercial pour traiter l'eau et la rendre potable (propre et potable). Il permet également de traiter les déchets et les eaux industrielles.
L'eau peut être rendue potable si elle est traitée avec du polychlorure d'aluminium (PAC). Auteur: ExplorerBob. Source: Pixabay.
Il est utilisé comme agent de coagulation dans les processus d'amélioration de l'eau. Il est plus efficace que le sulfate d'aluminium. Ses performances ou son comportement dépendent des espèces présentes, qui dépendent du pH.
Comment ça marche
PACl permet la coagulation des matières organiques et des particules minérales. Coaguler signifie que les composés à éliminer passent de la dissolution à l'état solide. Ceci est réalisé grâce aux interactions de ses charges positives avec les charges négatives des matériaux à coaguler.
On pense que l'espèce Al 13, ayant autant de charges positives (+7), est la plus efficace pour neutraliser les charges. Ensuite, il y a la formation de ponts entre les particules qui s'agglomèrent et forment des flocs.
Ces flocs, étant très lourds, ont tendance à précipiter ou à se déposer, c'est-à-dire à aller au fond du récipient contenant l'eau à traiter. De cette manière, ils peuvent être éliminés par filtration.
Le polychlorure d'aluminium (PAC) est utilisé pour sédimenter les matières organiques et inorganiques dans les usines de traitement des eaux usées. Photo du Corps of Engineers de l'armée américaine. Source: Wikimedia Commons.
avantage
Le PAC est meilleur que le sulfate d'aluminium car il a de meilleures performances à basse température, laisse moins de résidus d'aluminium, produit moins de volume de boue, moins d'effet sur le pH de l'eau et des flocs plus rapides et plus gros se forment. Tout cela facilite la sédimentation pour une filtration ultérieure.
L'eau de la piscine peut être purifiée avec du polychlorure d'aluminium (PAC). Auteur: Kalhh. Source: Pixabay.
-Dans l'industrie des pâtes et papiers
Le PAC est particulièrement efficace pour modifier les charges colloïdales dans la fabrication du papier. Les charges colloïdales sont les charges des solides en suspension dans les mélanges pour fabriquer de la pâte à papier.
Il permet d'accélérer la vitesse de drainage (élimination de l'eau) notamment en conditions neutres et alcalines, et aide à la rétention des solides. Les solides sont ceux qui plus tard, lors du séchage, forment le papier.
Dans cette application, des PAC avec des basicités faibles (0-17%) et moyennes (17-50%) sont utilisées.
Dans les usines de pâtes et papiers, le polychlorure d'aluminium (PAC) est utilisé pour faciliter le processus de sédimentation. Auteur: 151390. Source: Pixabay.
- Pour améliorer le ciment
Récemment (2019) l'ajout de PACl au ciment Portland a été testé. Il a été déterminé que la présence d ' ions chlorure de Cl et de groupes aluminium polymérique modifie la structure du ciment. On estime qu'il se forme des sels complexes de formule 3CaO.Al 2 O 3.CaCl 2.10H 2 O.
Le ciment de construction peut être amélioré avec du polychlorure d'aluminium (PAC). Skeeze. Source: Wikimedia Commons.
Les résultats indiquent que PACl améliore les propriétés du ciment, diminue le nombre de micropores (très petits trous) et la matrice devient plus dense et compacte, donc la résistance à la compression augmente.
L'effet augmente avec l'augmentation de la teneur en PACl. L'étude confirme que l'ajout de PACl au ciment Portland produit un mélange aux propriétés mécaniques et microstructurales supérieures.
Avec le polychlorure d'aluminium, la porosité du ciment diminue et il devient plus résistant. Blackblack111. Source: Wikimedia Commons.
Références
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