Brevet FR2936508A1 — publié le 20100402

r 2936508 1 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA FORMATION DE COMPOSES CHIMIQUES INSOLUBLES DANS UN MILIEU LIQUIDE La présente invention concerne la récupération des sels solubles en les transformant en insolubles grâce à des procédés chimiques, électriques et magnétiques. Dans l'état de la technique, il existe de nombreux procédés dans lesquels les réactions chimiques donnent des produits insolubles. Cependant, d'autres réactions forment des sels solubles qui, de ce fait, ne peuvent pas être séparés du liquide. La présente invention réussit à résoudre ce problème technique en prenant tous les sels solubles d'un liquide et en les forçant à former des composés insolubles. Dans l'état de la technique, on trouve des exemples de procédés permettant de former des sels insolubles : La publication japonaise JP2004255627 décrit un procédé d'insolubilisation de sels comme prétraitement pour éviter l'encrassement de membranes d'osmose inverse. Ce procédé n'utilise pas de champ magnétique ni de fréquence et il n'est pas capable d'insolubiliser des chlorures ni des sulfates. La publication US 5858249 décrit un procédé d'insolubilisation d'espèces ioniques dans une installation type cellule électrolytique, qui fonctionne par électrocoagulation pour former des espèces insolubles avec les propres sels du liquide et l'apport d'ions de l'électrode de sacrifice. Ce procédé n'est pas capable de précipiter des chlorures ni des sulfates. La publication CN 1131127 décrit un procédé d'insolubilisation de sels contenus dans un liquide grâce à l'addition de réactifs chimiques, tels que des sels de phosphate et des sels de baryum. Les précipités sont séparés par filtration, et par conséquent le liquide, dans ce cas-là l'eau, présente un contenu de sels réduit. Ce procédé n'utilise pas de champs électriques, de champs magnétiques ni de fréquence et il n'est pas capable de former des complexes. La présente invention consiste en un procédé pour la formation de composés chimiques insolubles dans un milieu liquide par des stimuli physiques. Les composés formés peuvent être inorganiques ou organiques, simples ou complexes. Cette invention permet de résoudre le problème technique de la transformation de sels hautement solubles en des composés insolubles, de façon qu'ils puissent être séparés du liquide, permettant à la fois d'obtenir des sels séparés et un liquide résiduel purifié. En une seule étape ou réaction, il se produit des mécanismes de réaction et des changements physiques, tels que la précipitation initiale des complexes qui servent de noyaux pour des mécanismes postérieurs de nucléation et d'adsorption d'autres espèces formées. La formation de ces premiers précipités est due à l'action d'un champ électrique et magnétique appliqué par un courant électrique ultrafiltré transmis à travers les électrodes, et à l'apport ionique de l'électrode de sacrifice. A ceci s'ajoute ensuite un second apport d'ions, d'ordinaire de l'aluminium, du calcium, du fer, du plomb ou de l'étain, pour former de nouveaux complexes avec les sels contenus dans le liquide. Ainsi, la taille des noyaux formés initialement augmente grâce à ces nouveaux complexes et, dans cette étape, il se produit en outre un phénomène d'adsorption d'autres sels non complexes formés. Les différents complexes sont formés par sélectivité des procédés qui sont obtenus par l'application de fréquence d'ondes électromagnétiques dans le spectre d'ondes radio à des fréquences de 1 KHz à 2 MHz, avec un équipement générateur d'ondes électromagnétiques de différente géométrie et fréquence. Les possibles domaines d'application de cette technique sont, entre autres : - désalinisation de l'eau de mer, précipitation des chlorures et sulfates, 20 - élimination des sels des eaux acides des mines, - précipitation des sels des PLS (pregnant leach solution) minières, - traitement de l'eau potable, précipitation des chlorures et sulfates, - traitement de l'eau de chaudières et de refroidisseurs, élimination des sulfates et chlorures, 25 - traitement de l'eau d'irrigation, précipitation des chlorures et sulfates, - traitement de l'eau d'irrigation, précipitation des phosphates et nitrates, - traitement des eaux usées, précipitation des chlorures, sulfates et phosphates, - traitement des eaux usées, précipitation des nitrates et nitrites, - insolubilisation des sels dans les procédés de production de médicaments et 30 réactifs chimiques en général, - précipitation de sels comme prétraitement pour des procédés d'ultrafiltration et d'osmose inverse. Même si ces exemples d'application peuvent être considérés comme les plus connus, beaucoup d'autres procédés peuvent profiter des avantages de l'insolubilisation des sels normalement solubles et optimiser ainsi le rendement et/ou la pureté des produits obtenus. Ainsi, tout procédé utilisant, en partie ou dans son ensemble, la technologie de la présente invention, est dans la portée de celle-ci. Cette technologie utilise l'application d'une tension de courant continu ultrafiltré, avec une géométrie variable d'ondes de type sinusoïdal, impulsion amortie en dents de scie, impulsion à onde carrée et un signal d'onde électromagnétique du spectre radio, lesquels s'appliquent à travers une paire d'électrodes. Tout ceci permet de favoriser les réactions de précipitation. De même, il doit exister une plage de pH préférentielle pour ladite précipitation, laquelle plage doit se trouver entre pH 1 et pH 12 ; toutefois, il est possible d'obtenir de bons résultats si le procédé est effectué à n'importe quelle plage de pH. Il existe ensuite une étape de coagulation isocinétique des particules précipitées, dans laquelle cette précipitation est assistée électriquement. La tension appliquée, correspondant à des champs électriques et magnétiques, se trouve aussi dans une plage comprise entre 1 V et 100 V, tandis que l'intensité du courant utilisée doit se trouver entre 10 mA et 3 A. Comme mentionné précédemment, la tension et le signal électromagnétique sont appliqués à travers des électrodes qui sont plongées dans la solution à traiter. Le matériau de construction desdites électrodes est variable, selon la qualité de l'eau. Il peut être : plomb, platine, aluminium, cuivre, carbone, or, étain, zinc, fer, titane, bore, nickel ou diamant. L'ensemble du procédé de formation de sels insolubles utilise un seul dispositif, ce dispositif comprenant les différents éléments suivants : - un réacteur qui contient une paire d'électrodes de différente configuration et de différent matériau de construction, insérées par un côté du réacteur, l'une en face de l'autre, connectées à une source d'alimentation et d'induction magnétique, placée à l'extérieur du dispositif ; - une seconde paire d'électrodes de différente configuration et de différent matériau de construction, insérées à l'intérieur du réacteur, l'une en face de l'autre et à côté de la première paire d'électrodes, connectées à un générateur de fréquence placé à l'extérieur du réacteur ; - un élément conducteur en forme de spirale, placé à l'extérieur du réacteur et connecté à une source d'alimentation et d'induction magnétique, lequel élément conducteur étant traversé par un courant générant des champs magnétiques spécifiques ; - une injection d'air photonisé produit grâce à une pompe souffleuse et à un émetteur de photons qui pénètre dans le réacteur via un capillaire placé à côté de l'électrode connectée au pôle négatif de la source d'alimentation, de sorte que le capillaire est aussi proche que possible du fond du réacteur ; - un générateur d'un champ électrique et magnétique, en plus d'un générateur de fréquence réglable, placés à l'extérieur du réacteur ; - un moyen d'agitation à pales à vitesse réglable placé au centre du réacteur. Par ailleurs, la réalisation de tous les procédés peut être mise en oeuvre dans d'autres installations avec plusieurs dispositifs. Le procédé de formation de précipités inclut une valeur déterminée de pression et de température, celles si se trouvant respectivement dans une plage de 1 à 10 bars et de 0 à 90 °C. Cela vient du fait que le processus de précipitation est fonction de la concentration, impliquant un déplacement de la constante d'équilibre et permettant la sursaturation. L'effet de la température affecte la cinétique de la réaction et produit l'augmentation du processus de précipitation parce que les collisions moléculaires sont accélérées et, de ce fait, il augmente la constante cinétique. L'application de pression externe produit le même résultat. Un exemple évident est la précipitation de jarosite, dont la formation n'est pas possible dans des conditions normales. Par conséquent, il est nécessaire d'appliquer ces variables. La figure 1 montre les composants de l'invention et les connexions entre eux. Le procédé est réalisé en une seule étape, dans un dispositif constitué par un réacteur (1) qui contient une paire d'électrodes (2 et 3) connectées à une source d'alimentation et d'induction magnétique (4), et une seconde paire d'électrodes (5 et 6) connectées à un générateur de fréquence (7). Par ailleurs, il pénètre dans le réacteur un courant d'air photonisé contenant de l'ozone et des radicaux libres oxydants, provenant d'une pompe à air (9) qui fait circuler l'air à travers un générateur de photons (10). En outre, un élément conducteur (11) en forme de spirale entoure le réacteur à l'extérieur, cet élément permettant de faire circuler un courant qui génère des champs magnétiques spécifiques. Ledit élément est connecté à une source d'alimentation et d'induction magnétique (4) qui génère le courant. L'ensemble doit être maintenu en agitation avec un agitateur mécanique ou magnétique (8), et il faut ajouter un réactif chimique qui apporte les ions qui ne sont pas présents dans le liquide, mais qui sont nécessaires pour compléter les complexes insolubles désirés. Dans la plupart des cas, les ions de calcium et hydroxyle sont déficitaires et, par conséquent, on utilise de préférence de la chaux comme réactif unique. EXEMPLE 1 : Si l'on considère par exemple, l'application du procédé à la désalinisation de l'eau de mer, le mécanisme utilisé est le suivant : On applique tout d'abord un mélange d'air qui passe par des photons directement sur l'eau de mer. Les réactions qui se produisent sont les suivantes : 1 K hv+e E° K2It 0: + H.. 4- )20H04- 20H- La réaction antérieure est appliquée jusqu'à ce que le pH > 9,8. Le champ électrique est appliqué à travers des électrodes d'aluminium, produisant une seconde réaction électrolytique : A104-Kar-l'`3 +3e- L'aluminium réagit avec les ions OH-, formant la première nucléation basée sur la réaction suivante : A2-2 +.41(OH)a Une fois formés les noyaux d'hydroxyde d'aluminium, il faut doser l'hydroxyde de calcium et appliquer une radiofréquence, dont la longueur d'onde est 30 de 1,8 MHz. Ainsi, il se forme la réaction suivante de précipitation des sulfates, chlorures et phosphates : 20 25 E Ka' + 350:2 + K l .eR. Ka' 2Aï(OH)e- 3Ca6:112(504)s(O1-f)1i 3 x.aE. e.R 4Ca + 201- + 2Aï(OH)z + 3H3O+ 2O2^- ica,Ai,C 2(OH)1i 5Ca-2 + 3P0:' + 0H-1- )Caz(PO+)3OH En variante, il est possible de former du cuivre ionique en appliquant, parallèlement à la formation d'aluminium ionique, une paire d'électrodes de cuivre pour former la réaction : Cu ° *-K3Cu ' + 2e- Le nitrate est capté du milieu sur la base des réactions suivantes : Cu -2 + 2:103 .-,hCu(NO2): Cu + 0H-. ~Cu(OH), Ainsi et dans le milieu antérieur de radiofréquence et champ, il se forme la réaction suivante : 4Cu + 2.103 + 20H-s- F, tt` ,e ~Cu(.'VOa)2 3Cu(OH), On a donc précipité des chlorures, sulfates, phosphates et nitrates. L'élimination des anions implique l'élimination de l'aluminium, du cuivre et du 25 calcium. Chaque précipité formé a une grande capacité d'adsorption de métaux lourds. Ces insolubles formés généralement sont des micro précipités qui ont besoin de croître. Pour favoriser la croissance il faut induire une floculation en ajoutant du polymère et le séparer ensuite par décantation et puis, filtration. 30 Le tableau suivant nous montre les conditions d'opération et dosage utilisées pour l'expérience avec l'eau de mer à San Antonio, vême Région. 10 15 20 Ordre Description Valeur Unité 1 Intensité aluminium 5 Ampères 2 Intensité cuivre 0,1 Ampères 3 Tension 0,62 Volts 4 Temps 60 Minutes Masse d'Al 1 679 mg 6 Masse de Cu 119 mg 7 Dose d'air 1,5 L/min 8 Dose de chaux 17,5 g/L 9 Radiofréquence 1,5 MHz Impulsion appliquée Amortie Onde en dents de scie 11 Volume de l'échantillon 0,75 L 12 Dose d'alumine 4,85 g/L 13 Energie totale 3,1 Watts-h 4,13 KWh/m3 Le tableau suivant nous montre l'efficacité d'élimination des sels de l'eau de mer. Le tableau présente la colonne �brute � qui indique la qualité de l'eau de mer. La colonne � traitée � indique la valeur obtenue après floculation et filtration du 5 sable et du charbon. La colonne � % d'élimination � montre la validité obtenue. Elément Unité Brute Traitée % d'élimination Chlorures mg/L 19 500 2 650 86,4 % Sulfates mg/L 2 850 327 88,5 % Nitrates mg/L 220 25 88,6 % Phosphates mg/L 78 5 93,6 % EXEMPLE 2 : Un autre exemple d'application de précipitation de sels est l'insolubilisation 10 des sulfates d'eaux minières. Pour cela, on a utilisé un échantillon d'eau minière de Collahuasi avec un contenu initial de 5 200 mg/L de sulfates. Le complexe utilisé correspond à la précipitation sous forme de jarosite de sodium. MU- ai (504)^ (OH)cl L'élément M pourra être du sodium ou du potassium. Pour cela, on a utilisé le mécanisme suivant. Tout d'abord, il faut appliquer un mélange d'air qui passe par des photons, et on applique celui-ci directement sur l'eau de mer. Les réactions qui se produisent 10 sont les suivantes : Ki,hv-A E° :S2AE0 2 + H201- )20H°ùe20H- La réaction antérieure est appliquée jusqu'au pH > 9,8. Le champ électrique 15 est appliqué à travers des électrodes d'aluminium, produisant une seconde réaction électrolytique qui est : A?°g-LÀi' +3e- 20 L'aluminium réagit avec les ions OH-, formant la première nucléation basée sur la réaction suivante : A î'a + 30H-te r (t7H)a 25 A l'équilibre, il se forme des noyaux d'hydroxyde d'aluminium et dans le milieu avec radiofréquence et champ électrique, il se produit une précipitation sous forme de jarosite. K, RE.d E. ~^ + 2A1(OH) + 250, + ry: )!.1[.4i3(504 )(OH)6] Les conditions d'opération sont les suivantes : 30 Ordre Description Valeur Unité 1 Intensité aluminium 6 Ampères 2 Voltage 1,18 Volts 3 Temps 55 minutes 4 Masse d'Al 1 847 mg Dose d'air 1,5 L/min 6 Radiofréquence 1,5 MHz 7 Impulsion appliquée Amortie Onde en dents de scie 8 Volume de l'échantillon 0,75 L 9 Energie totale 6,49 Watts-h 8,65 KWh/m3 Les résultats obtenus sont : Elément Unité Brute Traitée % d'élimination Sulfates mg/L 6 820 870 87,2% 5 Ainsi, il est possible de configurer de différents éléments insolubles avec lesquels il est possible de réduire des sels. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la formation de composés chimiques insolubles à partir des sels contenus dans le liquide à traiter, caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur (1) qui contient : a. une paire d'électrodes (2, 3) de différente configuration et de différent matériau de construction, insérées par un côté du réacteur (1), l'une en face de l'autre, connectées à une source d'alimentation et d'induction magnétique (4), placée à l'extérieur du dispositif ; b. une seconde paire d'électrodes (5, 6) de différente configuration et de différent matériau de construction, insérées à l'intérieur du réacteur (1), l'une en face de l'autre et à côté de la première paire d'électrodes (2, 3), connectées à un générateur de fréquence (7) placé à l'extérieur du réacteur (1) ; c. un élément conducteur en forme de spirale (11), placé à l'extérieur du réacteur (1) et connecté à une source d'alimentation et d'induction magnétique (4), lequel élément conducteur (11) étant traversé par un courant générant des champs magnétiques spécifiques ; d. une injection d'air photonisé produit grâce à une pompe souffleuse (9) et à un émetteur de photons (10) qui pénètre dans le réacteur (1) via un capillaire placé à côté de l'électrode connectée au pôle négatif de la source d'alimentation, de sorte que le capillaire est aussi proche que possible du fond du réacteur (1) ; e. un générateur d'un champ électrique et magnétique, en plus d'un générateur de fréquence réglable (7), placés à l'extérieur du réacteur (1) ; f. un moyen d'agitation à pales à vitesse réglable placé au centre du réacteur (1). 2. Dispositif pour la formation de composés chimiques insolubles, caractérisé en ce que la source d'alimentation et d'induction magnétique génère l'application d'une tension de courant continu ultrafiltré, avec une géométrie variable d'ondes de type sinusoïdal, une impulsion amortie en dents de scie, une impulsion à onde carrée et un signal d'onde électromagnétique du spectre radio, lesquels s'appliquent à travers une paire d'électrodes qui, ensemble ou individuellement, réussissent à favoriser les réactions de précipitation, lesdites électrodes étant contenues dans un dispositif quiles connecte à des générateurs de champ électrique et magnétique et à des générateurs de fréquence (7). 3. Dispositif pour la formation de composés chimiques insolubles selon la revendication 1, caractérisé en ce que les réactions qui se forment à l'intérieur du réacteur (1) se produisent dans une plage complète de l'échelle de pH, de préférence entre pH 4 et pH 12, en fonction de la constante d'équilibre ; suivies d'une étape de coagulation isocinétique des particules précipitées assistée électriquement. 4. Dispositif pour la formation de composés chimiques insolubles selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tensions appliquées correspondent à des champs électriques et magnétiques entre 1 V et 100 V, et une intensité de courant entre 10mA et 3A. 5. Dispositif pour la formation de composés chimiques insolubles selon la revendication 1, caractérisé en ce que les champs électriques et magnétiques et/ou les fréquences se transmettent à travers différents types de paires d'électrodes qui sont constituées de l'un des éléments suivants : plomb, platine, aluminium, cuivre, carbone, or, étain, zinc, fer, titane, bore, nickel, diamant ; la première électrode fonctionnant en paire avec une autre électrode du même élément, avec d'autres électrodes mentionnées précédemment ou des alliages de n'importe lequel d'entre eux. 6. Dispositif pour la formation de composés chimiques insolubles selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les procédés à l'intérieur du réacteur (1) sont réalisés dans une plage de température entre 0 et 90°C et dans une plage de pression entre 1 et 10 bars. 7. Procédé d'utilisation d'un dispositif pour la formation de composés chimiques insolubles, caractérisé en ce qu'il consiste à : a. prévoir dans un réacteur de lixiviation (1) une paire d'électrodes (2, 3) de différente configuration et de différent matériau de construction, insérées par un côté du réacteur (1), l'une en face de l'autre ;b. prévoir une seconde paire d'électrodes (5, 6) de différente configuration et de différent matériau de construction, insérées à l'intérieur du réacteur (1), l'une en face de l'autre et à côté de la première paire d'électrodes ; c. prévoir une source d'alimentation (4) placée à l'extérieur du réacteur (1) ; 5 d. prévoir un générateur de fréquence (7) placé à l'extérieur du réacteur (1) ; e. prévoir un système d'injection d'air photonisé ; f. prévoir une pompe à air (9) et un capillaire placé à côté de l'électrode connectée au pôle négatif de la source d'alimentation ; g. prévoir un générateur de champ électrique et magnétique et un générateur de 10 fréquence réglable (7), placés à l'extérieur du réacteur (1) ; h. prévoir un moyen d'agitation à pales à vitesse réglable placé au centre du réacteur (1) ; i. prévoir un élément conducteur en forme de spirale (11) qui entoure le réacteur (1) à l'extérieur ; 15 j. introduire dans le réacteur (1) une solution qui contient des composés chimiques insolubles ; k. injecter de l'air qui contient de l'ozone et des radicaux libres dans le réacteur (1), en utilisant la pompe à air (9), l'injecteur d'air photonisé et le capillaire ; 1. appliquer simultanément une fréquence ou un signal électromagnétique du spectre 20 radio à la solution qui contient des composés chimiques insolubles dans le réacteur (1), en utilisant le générateur de fréquences (7) et une paire d'électrodes ; m. appliquer simultanément une tension électrique qui consiste en un courant continu pulsé à la solution qui contient des composés chimiques insolubles dans le réacteur (1), en utilisant la source d'alimentation et une autre paire d'électrodes ; 25 n. appliquer simultanément des champs magnétiques spécifiques en utilisant l'élément conducteur en forme de spirale ; o. agiter simultanément la solution qui contient des composés chimiques insolubles dans le réacteur (1) en utilisant le moyen d'agitation à pales ; p. ajouter simultanément un réactif chimique qui apporte des ions qui ne sont pas 30 présents dans le liquide mais qui sont nécessaires pour compléter les complexes insolubles désirés, de préférence, de la chaux ;q. ajouter un second apport d'ions comme de l'aluminium, du calcium, du fer, du plomb ou de l'étain pour former de nouveaux complexes avec les sels contenus dans le liquide.