Dialyse par diffusion
La dialyse de diffusion (DD) est un processus de séparation par membrane échangeuse d'ions (IEM) piloté par un gradient de concentration. Étant donné que la force motrice du processus de séparation est principalement le gradient de concentration, la dialyse par diffusion est connue comme un processus de séparation spontanée.
DD est un procédé de séparation membranaire. Il est utilisé avec succès depuis de nombreuses années pour la séparation et la récupération d'acides à partir de solutions métallifères dissoutes. La diffusion est le mouvement spontané d'un matériau d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration. Entraîné par la différence de concentration, le mouvement de matière se poursuivra de lui-même jusqu'à ce que la différence de concentration n'existe plus. La dialyse est la séparation de molécules due aux différences de vitesse de déplacement des molécules à travers une barrière semi-perméable.
DD est un procédé de séparation membranaire. Il est utilisé avec succès depuis de nombreuses années pour la séparation et la récupération d'acides à partir de solutions métallifères dissoutes. La diffusion est le mouvement spontané d'un matériau d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration. Entraîné par la différence de concentration, le mouvement de matière se poursuivra de lui-même jusqu'à ce que la différence de concentration n'existe plus. La dialyse est la séparation de molécules due aux différences de vitesse de déplacement des molécules à travers une barrière semi-perméable.
Par rapport à certains procédés conventionnels, DD présente des avantages significatifs,
| a. | Plus grande efficacité dans la purification des eaux usées ; amélioration de la productivité et de la qualité des produits. |
| b. | Faible consommation d'énergie (DD fonctionne sous une pression normale et ne change pas d'état pendant le processus, donc aucune alimentation n'est nécessaire pour faire fonctionner DD). |
| c. | Faible coût d'installation et d'exploitation ; stable, fiable et facile à utiliser. |
| d. | Pas de pollution de l'environnement. |
À ce jour, DD a été appliqué avec succès pour
| 1. | récupération des acides et alcalis des rejets de la production d'acier |
| 2. | raffinage des métaux |
| 3. | galvanoplastie |
| 4. | régénération de résine échangeuse de cations |
| 5. | fusion de métaux non ferreux, gravure d'aluminium |
| 6. | fonte de minerai de tungstène |
Néanmoins, DD a également ses limites, telles qu'une capacité de traitement et une efficacité relativement faibles, il est donc considéré comme moins efficace que certains autres procédés de séparation par membrane, tels que l'électrodialyse (ED).
Cependant, le faible impact environnemental et la faible consommation d'énergie peuvent rendre DD plus compétitif car la pollution de l'environnement et la pénurie d'énergie sont les principaux facteurs de décision du projet. En outre, avec l'amélioration des membranes échangeuses d'ions et des dialyseurs à diffusion, la capacité de traitement et l'efficacité de séparation du DD peuvent être sensiblement améliorées.
Les membranes pour DD peuvent être des membranes échangeuses d'anions (AEM) ou des membranes échangeuses de cations (CEM). Le premier est pour la séparation des acides avec les sels correspondants et le second est pour la séparation similaire des mélanges de base.
En raison des exigences plus élevées de la récupération d'acide, une plus grande attention a été accordée aux AEM par rapport aux CEM, et en tant que tel, un nombre croissant d'AEM ont été développés pour les applications DD.
L'acide sulfurique (H2 SO4 ), l'acide chlorhydrique (HCl) ou une combinaison d'acides fluorhydrique et nitrique (HF + HNO3) sont souvent utilisés comme agents de décapage dans les industries pour une variété de processus de gravure et de décapage des métaux, tels que la production d'acier, le raffinage des métaux , fusion de métaux non ferreux. De grandes quantités de liqueur usée sont produites au cours des étapes de décapage.
Jusqu'à présent, différentes méthodes traitant des rejets acides ont été appliquées, notamment le refroidissement et la cristallisation, la décomposition thermique, l'évaporation et la cristallisation, l'échange d'ions, l'extraction par solvant, la distillation et les méthodes de séparation par membrane électrique, ainsi que l'élimination directe et la neutralisation avec des alcalis. Néanmoins, certaines lacunes inhérentes entravent encore leurs développements et applications ultérieurs, telles que les investissements élevés en équipement, la consommation importante d'énergie et d'alcalis et les pollutions environnementales.
Dans la récupération des acides avec DD, une membrane échangeuse d'anions agit comme une barrière semi-perméable placée entre un flux d'eau en circulation et un acide en circulation avec une solution de métal dissous. La membrane échangeuse d'anions a une charge positive fixe située à sa surface. Ces emplacements de charge positive attirent les anions chargés négativement en solution qui entrent en contact étroit avec la surface de la membrane échangeuse d'anions.
Par exemple, dans le cas des bains d'anodisation à l'acide sulfurique, l'anion majoritairement prédominant est l'ion sulfate, SO4. Comme ces ions sulfate dans la solution d'anodisation d'acide sulfurique sont attirés vers la membrane, ils sont également poussés par la différence de concentration à diffuser à travers la membrane vers le côté eau.
Simultanément, la loi thermodynamique de l'électroneutralité (en solution, la charge totale doit s'équilibrer à zéro) exige que le transfert de chaque ion sulfate, qui porte deux charges négatives, soit accompagné du transfert de deux charges positives.
Les ions chargés positivement, tels que Al+3 ou d'autres ions métalliques, sont fortement empêchés de traverser la membrane chargée positivement en raison de la répulsion entre des charges similaires. L'ion hydrogène, présent dans la solution acide sous forme d'ions H3O+1, ou d'eau protonée, est également chargé positivement, mais est capable de traverser la membrane avec très peu d'encombrement. Cela est dû, en partie, à la concentration élevée d'ions hydrogène dans la solution acide et aussi, en partie, à la nature hautement associée de l'eau, qui permet à l'ion hydrogène de délocaliser efficacement sa charge.
L'effet net est que le taux de diffusion d'un acide à travers la membrane est d'un ordre de grandeur supérieur à celui du métal dissous. Enfin, en faisant en sorte que l'écoulement de la solution acide soit dans le sens opposé à l'écoulement de l'eau (écoulement à contre-courant), un avantage optimal des gradients de concentration nécessaires peut être réalisé. Les résultats sont que l'eau entrant dans le système de dialyse par diffusion sort sous la forme d'une solution acide récupérée appauvrie en métal et que la solution acide entrant dans le système de dialyse par diffusion sort sous la forme d'une solution métallifère dissoute appauvrie en acide.
Une fois les résultats souhaités atteints, peu ou pas d'entretien est nécessaire sur l'appareil. Les pompes doseuses fonctionnent généralement automatiquement 24 heures sur 24, sept jours sur sept.
Cependant, le faible impact environnemental et la faible consommation d'énergie peuvent rendre DD plus compétitif car la pollution de l'environnement et la pénurie d'énergie sont les principaux facteurs de décision du projet. En outre, avec l'amélioration des membranes échangeuses d'ions et des dialyseurs à diffusion, la capacité de traitement et l'efficacité de séparation du DD peuvent être sensiblement améliorées.
Les membranes pour DD peuvent être des membranes échangeuses d'anions (AEM) ou des membranes échangeuses de cations (CEM). Le premier est pour la séparation des acides avec les sels correspondants et le second est pour la séparation similaire des mélanges de base.
En raison des exigences plus élevées de la récupération d'acide, une plus grande attention a été accordée aux AEM par rapport aux CEM, et en tant que tel, un nombre croissant d'AEM ont été développés pour les applications DD.
L'acide sulfurique (H2 SO4 ), l'acide chlorhydrique (HCl) ou une combinaison d'acides fluorhydrique et nitrique (HF + HNO3) sont souvent utilisés comme agents de décapage dans les industries pour une variété de processus de gravure et de décapage des métaux, tels que la production d'acier, le raffinage des métaux , fusion de métaux non ferreux. De grandes quantités de liqueur usée sont produites au cours des étapes de décapage.
Jusqu'à présent, différentes méthodes traitant des rejets acides ont été appliquées, notamment le refroidissement et la cristallisation, la décomposition thermique, l'évaporation et la cristallisation, l'échange d'ions, l'extraction par solvant, la distillation et les méthodes de séparation par membrane électrique, ainsi que l'élimination directe et la neutralisation avec des alcalis. Néanmoins, certaines lacunes inhérentes entravent encore leurs développements et applications ultérieurs, telles que les investissements élevés en équipement, la consommation importante d'énergie et d'alcalis et les pollutions environnementales.
Dans la récupération des acides avec DD, une membrane échangeuse d'anions agit comme une barrière semi-perméable placée entre un flux d'eau en circulation et un acide en circulation avec une solution de métal dissous. La membrane échangeuse d'anions a une charge positive fixe située à sa surface. Ces emplacements de charge positive attirent les anions chargés négativement en solution qui entrent en contact étroit avec la surface de la membrane échangeuse d'anions.
Par exemple, dans le cas des bains d'anodisation à l'acide sulfurique, l'anion majoritairement prédominant est l'ion sulfate, SO4. Comme ces ions sulfate dans la solution d'anodisation d'acide sulfurique sont attirés vers la membrane, ils sont également poussés par la différence de concentration à diffuser à travers la membrane vers le côté eau.
Simultanément, la loi thermodynamique de l'électroneutralité (en solution, la charge totale doit s'équilibrer à zéro) exige que le transfert de chaque ion sulfate, qui porte deux charges négatives, soit accompagné du transfert de deux charges positives.
Les ions chargés positivement, tels que Al+3 ou d'autres ions métalliques, sont fortement empêchés de traverser la membrane chargée positivement en raison de la répulsion entre des charges similaires. L'ion hydrogène, présent dans la solution acide sous forme d'ions H3O+1, ou d'eau protonée, est également chargé positivement, mais est capable de traverser la membrane avec très peu d'encombrement. Cela est dû, en partie, à la concentration élevée d'ions hydrogène dans la solution acide et aussi, en partie, à la nature hautement associée de l'eau, qui permet à l'ion hydrogène de délocaliser efficacement sa charge.
L'effet net est que le taux de diffusion d'un acide à travers la membrane est d'un ordre de grandeur supérieur à celui du métal dissous. Enfin, en faisant en sorte que l'écoulement de la solution acide soit dans le sens opposé à l'écoulement de l'eau (écoulement à contre-courant), un avantage optimal des gradients de concentration nécessaires peut être réalisé. Les résultats sont que l'eau entrant dans le système de dialyse par diffusion sort sous la forme d'une solution acide récupérée appauvrie en métal et que la solution acide entrant dans le système de dialyse par diffusion sort sous la forme d'une solution métallifère dissoute appauvrie en acide.
Une fois les résultats souhaités atteints, peu ou pas d'entretien est nécessaire sur l'appareil. Les pompes doseuses fonctionnent généralement automatiquement 24 heures sur 24, sept jours sur sept.