Sels de magnésium courants en solution aqueuse et technologies d'élimination et de purification

Les sels de magnésium contribuent à la dureté de l'eau et sont naturellement présents dans les eaux souterraines et l'eau de mer. Dans l'eau, ils se présentent principalement sous forme d'ions magnésium dissous (Mg²⁺) associés à des ions tels que le chlorure, le sulfate et le bicarbonate ; la composition de l'eau et les conditions du milieu déterminent quels minéraux peuvent précipiter.

De l'analyse de l'eau à la définition d'un traitement

Caractériser le flux (magnésium, calcium, alcalinité, sulfate, chlorure, silice, matières dissoutes totales [TDS], pH, température et débit) → définir l'objectif (adoucissement, dessalement, réutilisation ou récupération du magnésium) → comparer les filières de traitement → évaluer les résidus et le concentrat. Il s'agit d'un cadre de décision ; la chaîne de traitement dépend de la composition chimique réelle de l'eau.

Sels de magnésium courants et milieux où ils se rencontrent

Sel ou forme du magnésium	Formule	Application, secteur ou utilisation typique	Flux aqueux typiques où on les rencontre
Chlorure de magnésium	MgCl2	Production de magnésium, fabrication de produits chimiques, déglaçage et suppression des poussières.	Eau de mer, eaux souterraines salines, eaux mères issues du traitement de la potasse, eaux de procédés chimiques et certains ruissellements liés au déglaçage. Le magnésium et le chlorure sont présents sous forme d'ions dissous, et non de molécules de sel intactes.
Sulfate de magnésium	MgSO4	Production d'engrais et de produits chimiques ; traitement des minerais.	Eau de mer, eaux souterraines riches en sulfates, saumures minières et de procédés, flux liés aux engrais et concentrats de dessalement.
Bicarbonate de magnésium dans l'eau dure	Mg2+ avec HCO3−	Chimie naturelle des eaux carbonatées ; généralement pas isolé sous forme de sel sec stable.	Eaux souterraines en contact avec la dolomite ou d'autres roches carbonatées contenant du magnésium. Le chauffage ou les variations de pH peuvent modifier les équilibres carbonatés et favoriser les dépôts.
Eau contenant du magnésium et des nitrates	Mg2+ avec NO3−	Production d'engrais et de produits chimiques de spécialité.	Ruissellements liés aux engrais et eaux de procédé. Les nitrates et le magnésium sont des ions dissous ; il ne faut pas présumer que l'eau contient un composé distinct de nitrate de magnésium.
Minéraux carbonatés de magnésium / précipités	MgCO3 et phases carbonatées hydratées	Magnésite et minéraux apparentés ; solides potentiellement récupérés dans certaines opérations de traitement ou de traitement des minerais.	Peuvent être présents sous forme de solides minéraux en suspension ou se former lorsque la composition chimique de l'eau favorise la précipitation ; ils ne constituent généralement pas une source très soluble de magnésium dissous.
Précipité d'hydroxyde de magnésium	Mg(OH)2	Formé lors d'une précipitation à pH élevé, de l'adoucissement ou de la récupération du magnésium.	Produit sous forme solide dans certains procédés de traitement après ajustement du pH ; il n'est généralement pas présent sous forme de sel dissous dans une eau neutre.

À titre de comparaison, l'eau de mer contient en moyenne environ 1 350 mg/L de magnésium. Les concentrations dans les eaux douces varient selon la géologie locale ; une eau en contact avec des dépôts de carbonates, de sulfates ou de chlorures riches en magnésium peut en contenir nettement plus qu'une eau issue de formations riches en silicates.

Solubilité, dureté et dépôts

Le chlorure de magnésium et le sulfate de magnésium sont très solubles et peuvent donc rester en solution lorsque l'eau est concentrée. À l'inverse, le carbonate de magnésium et l'hydroxyde de magnésium sont des solides peu solubles dans les conditions pertinentes pour le traitement de l'eau. Un résultat d'analyse du magnésium ne suffit pas, à lui seul, à prévoir l'entartrage : le pH, l'alcalinité, la température, la force ionique et les autres ions dissous influent sur la saturation et la précipitation des minéraux.

Solutions de séparation, d'adoucissement et de concentration

Les filières possibles pour les eaux contenant du magnésium répondent à des objectifs différents. Le choix du procédé doit tenir compte des ions concurrents, de la récupération de l'eau, des résidus et de tout produit magnésien visé.

Problématique de traitement de l'eau	Filière de traitement possible	Points à considérer pour le choix
Réduire la dureté due au magnésium et au calcium	Adoucissement de l'eau ou échange cationique	L'adoucissement peut éliminer la dureté par précipitation ou échange d'ions. L'échange d'ions remplace les ions responsables de la dureté par d'autres cations et produit un flux de régénération dont la gestion doit être prévue.
Réduire les sels dissous dans une eau saumâtre ou saline	Osmose inverse (RO)	Retient les ions dissous dans un concentrat. Le prétraitement et le taux de récupération dépendent de la dureté, des sulfates, de l'alcalinité, de la silice, de la salinité et de la filière de gestion du concentrat.
Séparer préférentiellement de nombreux ions divalents des sels monovalents	Nanofiltration (NF)	La NF peut retenir le magnésium et d'autres ions multivalents à des degrés variables ; ses performances dépendent de la membrane, de la pression et de la composition de l'eau d'alimentation. Elle ne produit pas à elle seule un produit magnésien pur.
Concentrer ou séparer des flux contenant des ions dissous	Électrodialyse (ED) ou électrodialyse à inversion de polarité (EDR)	Le transport des ions dépend du choix des membranes et de la composition du mélange. Vérifier, pour l'application concernée, le transport du magnésium, la sélectivité et la maîtrise de l'entartrage.
Récupérer le magnésium ou gérer une saumure fortement concentrée	précipitation à pH contrôlé, suivie, le cas échéant, d’une séparation solide-liquide ; ou évaporation et cristallisation dans une chaîne de traitement ZLD	La précipitation peut produire de l’hydroxyde de magnésium dans des conditions appropriées. Les mélanges de sels, la pureté du produit, les besoins en réactifs et la gestion des résidus doivent être évalués pour chaque flux.

Évaluation d’un flux contenant du magnésium

Une analyse représentative doit comprendre le magnésium, le calcium, le sodium, le potassium, les chlorures, les sulfates, l’alcalinité, la silice, les matières dissoutes totales (TDS), le pH et la température, ainsi que le débit et la qualité requise pour l’eau traitée. Pour un projet de récupération, il faut également définir les spécifications du produit et les exigences de gestion des résidus. Des essais en laboratoire ou une exploitation pilote peuvent aider à évaluer les performances lorsque la variabilité de l’eau d’alimentation, la précipitation ou l’encrassement sont importants. L’évaluation de la faisabilité du procédé réalisée par Lenntech décrit sa démarche d’évaluation.

Discuter d’un problème de traitement de l’eau

Pour discuter de la composition d’une eau ou d’une saumure donnée, contactez Lenntech à l’adresse info@lenntech.com.

Sources et lectures complémentaires

• USGS : Les eaux souterraines dans les milieux d’eau douce et d’eau salée de la côte atlantique — principaux constituants de l’eau de mer moyenne, dont le magnésium.
• USGS PHREEQC : exemple de composition de l’eau de mer et de spéciation en solution aqueuse.
• EPA des États-Unis, WaterSense at Work : purification et adoucissement de l’eau.
• EPA des États-Unis : guide de référence des technologies de traitement des eaux influencées par l’activité minière — osmose inverse et prétraitement.
• USGS : prélèvement et analyse d’échantillons d’eau pour l’étude des minéraux dissous et des gaz — le magnésium dans les eaux naturelles.