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Filtration de colloïdes : de la dispersion au dépôt

Martine Meireles, Laboratoire de Génie Chimique, Université de Toulouse

par Salmon Jean-Baptiste - publié le , mis à jour le

De nombreux procédés industriels mettent en  ?uvre une étape de filtration dont l ??objectif essentiel est l ??augmentation de la teneur en solide : fabrication d ??une pâte céramique, de silices de renforcement, concentration de boues issues d ??un traitement physico-chimique. Dans tous ces exemples, l ??état initial est une dispersion de particules élémentaires de l ??ordre de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres ou d ??agrégats résultant de l ??assemblage de ces particules élémentaires. L ??état final est un dépôt dont les propriétés morphologiques, mécaniques et hydrodynamiques dépendent des propriétés de la dispersion initiale mais également de la pression de filtration.

Nous nous sommes intéressés à la mise en relation entre l ??état final le dépôt) et l ??état initial (la dispersion) dans le cas de silices agrégées et de nanoparticules de zircone. Les investigations ont été menées en associant des expériences de diffusion aux petits angles, de compression osmotique, de filtration et de rhéologie.

Les principaux résultats rappelés ci-dessous seront discutés.

-  Dans le cas de dispersions aqueuses préparées à partir de particules commerciales de zircone yttriée (TZ3Y). nous mettons en évidence que la transition d ??un état liquide à un état gel viscoélastique, est liée à la polydispersité des dispersions et à la métastabilité des particules de quelques dizaines de nm, les interactions de type électrostatiques jouant un rôle mineur sur la stabilité.

-  Dans le cas dispersions monodisperses de silices (Ludox HS et Klebosol PHN), agrégées par ajout d ??un polycation aluminium chargé 7+, nommé Al13, ou d ??un cation divalent Ca2+, nous décrivons l ??effondrement d ??un dépôt suivant un mécanisme de restructuration général uniquement contrôlé par la force des liaisons interparticulaires à l ??intérieur des agrégats. Nous montrons que compressibilité et perméabilité d ??un dépôt dépendent principalement de la capacité de résistance à la rupture de ces liaisons interparticulaires.

-  Dans le cas d ??agrégats de silice précipitée, il ressort que deux grandeurs caractéristiques : le diamètre maximum des agrégats et le seuil de percolation correspondant à la formation d ??un réseau mécaniquement résistant, se corrèlent parfaitement avec la perméabilité hydraulique des dépôts obtenus par filtration. Nous montrons par ailleurs que l ??on parvient à un niveau correct de prédiction de la vitesse de filtration par un modèle de Brinkman.