Sels de bore courants en solution aqueuse et technologies d’élimination et de purification
Dans les eaux naturelles et industrielles, le bore est mesuré sous forme de bore total, mais sa forme dissoute varie selon le pH et la composition chimique de l’eau. L’acide borique et les espèces borates sont les principales formes aqueuses ; les minéraux boratés et les sels contenant du bore peuvent être des sources de bore dans les eaux souterraines, les eaux de procédé et les saumures concentrées.
Vous devez gérer une teneur élevée en bore dans une eau d’alimentation, un flux de procédé ou une saumure ? Le choix du traitement dépend de la spéciation du bore, de la salinité, de la qualité d’eau requise et de la manière dont seront gérés le concentrat ou les déchets de régénération.
Sels et formes du bore courants dans l’eau
Le tableau distingue les composés utilisés ou présents sous forme solide des espèces dissoutes mesurées dans l’eau. Un résultat d’analyse est normalement exprimé en bore (B) ; il ne démontre pas qu’un sel particulier est présent sous forme intacte dans l’échantillon.
| Composé ou forme du bore | Formule | Application / secteur / utilisation typique | Flux aqueux typiques dans lesquels on le rencontre | Solubilité et comportement dans l’eau |
|---|---|---|---|---|
| Acide borique | H3BO3 ou B(OH)3 | Verre, céramique, produits chimiques et composés du bore. | Eau de mer, eaux souterraines influencées par la géologie des borates, eaux géothermales et eaux de procédé industrielles. | Soluble dans l’eau ; environ 4,72 % en masse à 20 °C selon la fiche de données citée. La solubilité augmente avec la température. Dans la plupart des eaux douces à pH proche de la neutralité, il s’agit de la principale forme dissoute. |
| Tétraborate de sodium décahydraté (borax) | Na2B4O7·10H2O | Fabrication du verre et de l’émail, produits de nettoyage et transformation des borates. | Eaux de ruissellement ou de procédé à proximité de gisements de borates, lors de la manipulation du borax et dans les activités industrielles de nettoyage ou de fabrication. | Soluble dans l’eau ; environ 4,71 % en masse à 20 °C selon la fiche de données citée. La forme hydratée et la température influent sur cette valeur. Le borax dissous apporte du sodium et des espèces apparentées aux borates. |
| Autres formes hydratées du tétraborate de sodium | Na2B4O7·5H2O; Na2B4O7 | Produits industriels à base de borates, verre, détergents et fabrication de produits chimiques. | Eaux de rinçage de procédé, eaux issues de la dissolution de produits et saumures riches en borates. | Soluble, avec une solubilité dépendant de la température et de l’état d’hydratation ; les valeurs ne doivent pas être comparées sans préciser la forme solide et la base de mesure. |
| Métaborate de sodium (formes hydratées) | NaBO2·nH2O | Fabrication de produits chimiques de spécialité et formulations de nettoyage alcalines. | Eaux de lavage industrielles et solutions de transformation des borates. | Facilement soluble ; la spéciation en solution aqueuse dépend de la concentration, du pH et de la température. |
| Tétraborate de potassium (formes hydratées) | K2B4O7·nH2O | Verres spéciaux, céramique et utilisations en laboratoire ou en chimie. | Eaux issues de la dissolution de produits et flux de fabrication spécialisée ; moins courant que les borates de sodium. | Soluble ; la forme hydratée et la température doivent être précisées pour fournir une valeur quantitative. |
| Colémanite et ulexite (minéraux boratés naturels) | Ca2B6O11·5H2O; NaCaB5O6(OH)6·5H2O | Minerais naturels de borates exploités pour produire des produits à base de bore. | Eaux souterraines, eaux de drainage et lixiviats en contact avec des gisements de borates, des exploitations minières ou des résidus miniers. | La dissolution de ces minéraux est plus lente et plus limitée que celle des borates de sodium solubles ; sa vitesse dépend du pH, de la température, de la taille des particules et de la composition de l’eau. |
| Ions borate en solution | Principalement B(OH)4− à pH plus élevé | Espèce aqueuse plutôt que sel sec distinct. | Eaux souterraines alcalines, eaux de procédé industrielles et saumures concentrées. | Dissous. Sa proportion par rapport à l’acide borique neutre augmente avec le pH ; la spéciation apparente dépend également de la salinité. |
Remarque sur la formule : L’ulexite s’écrit généralement NaCaB5O6(OH)6·5H2O (équivalant à NaCaB5O9·8H2O). Utilisez la formule du minéral, sans affirmer que l’ulexite reste une molécule dissoute intacte.
Pourquoi le pH est important pour l’élimination du bore
L’acide borique est un acide faible. À un pH proche de la neutralité, le bore dissous se présente principalement sous la forme neutre B(OH)3 ; l’ion borate chargé négativement B(OH)4− prend davantage d’importance lorsque le pH approche puis dépasse environ 9,2 en eau douce. La salinité et la force ionique peuvent déplacer cette transition apparente. Comme de nombreuses analyses expriment le bore total en B, la conception du traitement doit tenir compte du pH et de la composition complète de l’eau plutôt que de supposer la présence d’un seul sel.
Options d’élimination, de séparation et de récupération
| Objectif | Technologie envisageable | Éléments à prendre en compte pour le choix |
|---|---|---|
| Réduire la teneur en bore de l’eau potable ou de l’eau de procédé | Osmose inverse (RO) | L’acide borique neutre est généralement moins bien retenu que le borate chargé. Le type de membrane, le pH, la salinité et le taux de récupération influencent les performances. Un deuxième passage avec ajustement du pH ou une membrane choisie pour sa capacité de rétention du bore peut améliorer l’élimination ; testez l’eau d’alimentation réelle. |
| Effectuer un traitement de finition pour atteindre une faible teneur en bore | Échange d’ions sélectif du bore ou adsorption sélective du bore | Des matériaux spécifiques peuvent capter le bore, mais leur capacité et leur sélectivité dépendent de la composition de l’eau. La régénération produit un flux résiduel qui doit être géré de manière appropriée. |
| Éliminer le bore d’une saumure concentrée ou récupérer un produit contenant du bore | Adsorption sélective ou échange d’ions sélectif ; extraction par solvant ; précipitation ou cristallisation | Ce sont des voies envisageables, et non des solutions universelles. Les sels concurrents, la concentration en bore, les spécifications du produit, l’utilisation de réactifs et la gestion des résidus déterminent leur faisabilité. Des essais pilotes ou en laboratoire peuvent être appropriés. |
| Réduire la teneur globale en sels dissous | Électrodialyse (ED) ou une chaîne de traitement à rejet liquide nul (ZLD) | Ces procédés visent la concentration ionique ou la gestion des saumures, mais ne constituent pas automatiquement des étapes d’élimination sélective du bore. Il faut évaluer les espèces chimiques du bore présentes ainsi que l’objectif visé pour le produit ou le rejet. |
La coagulation, la sédimentation, la filtration et la chloration classiques n’éliminent généralement pas le bore dissous dans une mesure significative. Choisissez un procédé à partir d’une analyse représentative comprenant le bore total, le pH, les matières dissoutes totales (TDS), les ions majeurs, l’alcalinité, la silice, la température et le débit. Tenez compte du devenir du concentrat d’osmose inverse, des matériaux usagés ou des solutions de régénération dans la conception globale.
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Pour discuter de la composition d’une eau ou d’une saumure particulière, contactez Lenntech à l’adresse info@lenntech.com.
Sources et lectures complémentaires
- OMS : bore — présence et efficacité des traitements
- Santé Canada : bore — considérations relatives à l’analyse et au traitement
- USGS : chimie et présence du bore dans les eaux naturelles
- National Pesticide Information Center : fiche technique sur l’acide borique
- Kim et al. (2023) : récupération du bore à partir de saumures de lacs salés, d’eau de mer et d’eaux usées — revue de la littérature