EP3062902A1 - Procédé de séparation d'un couple formé par un tensioactif et au moins un ion - Google Patents

Procédé de séparation d'un couple formé par un tensioactif et au moins un ion

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Publication number
EP3062902A1
EP3062902A1 EP14790584.8A EP14790584A EP3062902A1 EP 3062902 A1 EP3062902 A1 EP 3062902A1 EP 14790584 A EP14790584 A EP 14790584A EP 3062902 A1 EP3062902 A1 EP 3062902A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
surfactant
ions
ion
aqueous solution
ion pair
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14790584.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Cyril MICHEAU
Pierre BAUDUIN
Olivier Diat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP3062902A1 publication Critical patent/EP3062902A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/04—Breaking emulsions
    • B01D17/047—Breaking emulsions with separation aids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/0205—Separation of non-miscible liquids by gas bubbles or moving solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/02—Froth-flotation processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D1/00—Flotation
    • B03D1/14—Flotation machines
    • B03D1/24—Pneumatic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03D—FLOTATION; DIFFERENTIAL SEDIMENTATION
    • B03D2201/00—Specified effects produced by the flotation agents
    • B03D2201/04—Frothers

Definitions

  • the present invention relates to a method for separating a surfactant and at least one ion from a pair formed by said surfactant and said at least one ion, said pair being in aqueous solution.
  • surfactant-ion pair Such a pair is hereinafter referred to as "surfactant-ion pair".
  • Such a separation process thus makes it possible to restore compounds, in this case, said surfactant and said at least one ion, these compounds being able to be used again.
  • Such reaction products may be in the form of aggregates, also called micelles.
  • aggregates comprising the ions have colloidal dimensions, that is to say one of the dimensions of which is between 1 nm and 1 ⁇ , they can be extracted from the solution by ultrafiltration, the surfactant-ion pairs then being collected on the filtration membrane.
  • reaction products can also be extracted by ion flotation.
  • Ion flotation makes it possible to extract, under the effect of the circulation of bubbles, these reaction products from the solution containing them and to concentrate them in a solution.
  • foam sometimes referred to as foam, which forms on the surface of said solution. The collection of the foam makes it possible to collect the surfactant-ion couples.
  • the metal ions M n + are certainly extracted from the surfactant-ion pair.
  • the metal ions are in the form of solid compounds M (OH) n or M (S) n formed in situ in the solution, which also includes the surfactant in the form of sodium salt.
  • the amount extracted from solid compounds, and therefore indirectly metal ions is limited by the low solubility product of M (OH) n hydroxides and M (S) n sulfides.
  • the purity of the metal ions is not controlled because, among the solid compounds, there are also surfactant-ion pairs.
  • the chemical etching pathway (3) consists in introducing, into the solution comprising the surfactant-metal ion pairs, a metal cation in a concentration sufficient to exceed the solubility product of the precipitate formed by the surfactant and said metal cation.
  • this route (3) was not deepened because it did not make it possible to extract the metal M.
  • the salinity of the solution limits the incorporation into a more global process operating continuously.
  • the publication [1] considers that the electrolysis route (4) is the most promising route for, on the one hand, recovering the metal and, on the other hand, regenerating the surfactant from a surfactant-ion pair. metal.
  • the metal M being deposited in solid form on the surface of the cathode it becomes necessary to implement one or more complementary steps to recover the metal M or the metal ion M n + . This is not without impact on the overall cost of the separation process according to route (4), already impacted by the electrical cost generated by the electrolysis itself.
  • the solid products formed during the implementation of the separation processes according to the routes (1) and (2), and then isolated have a physico-chemical form imposed by the separation process itself, which limits the spectrum of uses of such solid products. These are, therefore, generally intended for solid waste streams.
  • the object of the invention is, therefore, to overcome the drawbacks of the prior art and to propose a process for separating at least one ion, or one or more ions, from a surfactant with which it forms a surfactant-ion pair, making it possible to obtain the separation, and the possible collection, of the surfactant, on the one hand, and the ion (s), on the other hand, with satisfactory yields, contrary to what is observed with the methods of separation of the prior art from the channels (1) to (4).
  • This process must also make it possible to obtain a separation leading to the obtaining of the surfactant and the ions each characterized by a high degree of purity, and in the absence of formation of by-products, thus favoring their recovery. by subsequent use, or even by their recycling in processes operating continuously.
  • this process does not generate solutions with physico-chemical characteristics incompatible with recycling, such as than those generated by the process of separation of the prior art from the route (3).
  • this method comprises:
  • step (b) a step of injecting gas into the aqueous solution obtained at the end of step (a) so as to form two phases, a first phase formed by a foam comprising said surfactant and a second aqueous phase comprising said or said ions.
  • step (a) the surfactant-ion pair is dissociated, its constituent entities, the surfactant, on the one hand, and said one or more ions, on the other hand, being in solution.
  • step (b) under the effect of the injection of the gas, bubbles are formed in the aqueous solution, bubbles at the interface of which the surfactant is selectively adsorbed.
  • these bubbles form a first phase in the form of a foam which comprises the surfactant, while the ions remain, for their part, in solution in the second aqueous phase .
  • the process according to the invention thus makes it possible to effectively separate the entities initially forming the surfactant-ion pair.
  • These entities are, in fact, separate each with a high degree of purity, the surfactant migrating in the first phase formed by a foam while the ions remain in the second aqueous phase.
  • This separation is moreover particularly easy, the first phase formed by the foam and comprising the supernatant surfactant on the surface of the second aqueous phase.
  • This separation is, moreover, carried out in a limited number of steps and does not generate, moreover, not an energy cost as high as that generated by the separation method according to the route (4) described in the publication [1] .
  • the method according to the invention may also comprise a stage (c) for collecting either the first phase comprising the surfactant, or the second aqueous phase comprising the ions, or these two phases allowing the use or recycling of the surfactant and / or the aqueous solution comprising the ions.
  • the collection of the first phase formed by the foam can be carried out by scraping, by suction or by overflow. It is said that the foam is foamy.
  • the first phase formed by the foam and comprising the surfactant can advantageously be implemented in another process, in particular an extraction process.
  • an extraction process may, for example, be a process for extracting ions, in particular metal ions, using such a surfactant.
  • the second aqueous phase comprising the ion or ions can, for its part, also be used in another process, with a possible readjustment of the pH to be compatible with this other method.
  • This other method may especially consist in carrying out the precipitation of said one or more ions in the form of the chemical element or the corresponding chemical elements.
  • step (b) is carried out by flotation.
  • Flotation is a bubble adsorption separation technique that uses differences in the surface activities of species present in solution. By passing an ascending gas bubble stream through the solution, the surfactant species adsorbs on the bubbles and rises to the surface where it is collected in a foam.
  • the species in solution comprise the surfactant and said one or more ions, these compounds being derived from the dissociation of the surfactant-ion pair during step (a).
  • step (b) carried out by flotation the surfactant is selectively adsorbed on the surface of the bubbles that are formed following the injection of the gas into the aqueous solution obtained at the end of step (a).
  • the surfactant thus adsorbed on the surface of the bubbles rises through this aqueous solution, in the flow of upward gas bubbles, to the surface of said aqueous solution.
  • the migration of the surfactant is thus obtained from this aqueous solution and, advantageously, its concentration in a small volume of liquid resulting from the drainage and the coalescence of the foam after the implementation of a step (c) of collection. foam.
  • This collected foam, after coalescing, forms what is called the "concentrate” while the resulting aqueous solution, comprising said one or more ions, is called "retentate".
  • the surfactant is therefore present in the concentrate while the said ion or ions are present in the retentate.
  • the gas injected into the aqueous solution resulting from the dissociation step (a) is an inert gas.
  • This inert gas is preferably selected from air, nitrogen and argon.
  • the process according to the invention relates to the separation of one or more ions from a surfactant with which it (s) form (s) a surfactant-ion couple.
  • the method according to the invention proposes to separate at least one ion of a surfactant with which said at least one ion forms this surfactant-ion pair.
  • the surfactant-ion pair comprises only one ion. This means, not that there is only one ion in the surfactant-ion pair, but that this ion comes from the same chemical element, the expression "chemical element" being as defined above. above.
  • This ion which comes from the same chemical element, then has the same charge and / or the same degree of oxidation. It can thus be single-loaded or multicharged and, in the latter case, include two, three or four charges, or more.
  • the surfactant-ion pair may comprise more than one ion, in particular several ions, and in particular two, three, four or more ions, these ions being distinct two by two.
  • the surfactant-ion pair comprises two ions
  • the latter can come from the same chemical element, provided that the same chemical element has two distinct charges, that is, say that this same chemical element is present at two different degrees of oxidation.
  • these two ions come from two different chemical elements, these two chemical elements may or may not have the same charge or the same degree of oxidation.
  • the surfactant-ion pair which, as indicated above, can comprise several ions, and in particular comprising three, four, five ions, or even more, these ions being of course distinct two by two.
  • Such ions can come from the same chemical element at different oxidation levels and / or different chemical elements, with identical and / or different degrees of oxidation.
  • the separation process according to the invention is such that, after step (b), the second aqueous phase comprises all of these ions.
  • the surfactant of the surfactant-ion pair that can be used in the context of the process according to the invention is a water-soluble compound which comprises two parts of different polarities, these two parts of different polarities being:
  • one or more hydrophilic polar parts having an affinity for water, and comprising at least one functional group which enables the surfactant to create one or more bonds, in particular bonds of electrostatic origin, with said one or more ions to form the pair surfactant-ions in aqueous solution.
  • Such a surfactant can thus be represented by the general formula:
  • F corresponding to at least one functional group as mentioned above, this functional group F being ionizable in aqueous solution, the degree of ionization of F depending on the pH of said aqueous solution.
  • R can correspond to the formula Cnh i, the number of carbon atoms n being an integer greater than or equal to 6, advantageously between 7 and 30 and, preferably, between 8 and 20.
  • H may correspond to the formula ## STR2 ## where m is always an integer greater than or equal to 1, advantageously between 3 and 14, and preferably, between 4 and 9.
  • the surfactant is a functionalized polyethoxylated surfactant which may in particular correspond to the following general formula:
  • n is an integer between 8 and 18,
  • n is an integer between 5 and 9
  • F is an ionizable functional group in aqueous solution.
  • the surfactant may be a surfactant used in an ionic flotation extraction process, such as a foaming surfactant.
  • the surfactant is an ionizable surfactant, that is to say a compound which comprises at least one filler in aqueous solution, as a function of the pH of this aqueous solution.
  • the surfactant when placed in aqueous solution, the surfactant, noted TA below, meets one or other of the following equilibrium equations:
  • the surfactant may be an ionic surfactant and thus be selected from an anionic surfactant, a cationic surfactant and a zwitterionic surfactant.
  • the surfactant is chosen from an anionic surfactant and a cationic surfactant.
  • the functional group F can in particular be chosen from a carboxylate group COO " and a phosphate group.
  • the functional group F can in particular be chosen from an amino group and a quaternary ammonium group.
  • the surfactant is a zwitterionic surfactant
  • the surfactant comprises at least two functional groups F loaded in aqueous solution, one anionic, the other cationic.
  • the molar concentration of surfactant, in the aqueous solution comprising the surfactant-ion pair is between 10 ⁇ 6 mol / l and 1 mol / l.
  • the ion or ions may be metal ions.
  • Such metal ions may advantageously be metal cations and / or anionic entities comprising a metal.
  • the metal of the metal cation (s) and / or anionic entities comprising a metal is chosen from alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, poor metals and noble metals. , lanthanides and actinides.
  • the metal cation may be selected from the group consisting of Cu 2+ , Nd 3+ and Eu 3+ .
  • the anionic entity comprising a metal may be, for example, Au (CN) 4 " or PtCl 6 2 ⁇ .
  • step (a) the pH is adjusted by means of an inorganic electrolyte, acid or basic.
  • the pH is adjusted so that:
  • pH ⁇ pKa-2 for an anionic surfactant
  • the acidic inorganic electrolyte is of the H, Aj type and can in particular be chosen from one of the acids of the group consisting of HNO 3, H 2 SO 4 , H 3 O 4 , HCl, HF, HI, HBr and HCl 4. .
  • the basic inorganic electrolyte is a hydroxide of the Bi (OH) type and may in particular be chosen from one of the bases of the group consisting of LiOH, NaOH, KOH and Ca (OH) 2 .
  • the molar concentration of electrolyte in the aqueous solution obtained at the end of step (a) is between 10 ⁇ 7 mol / 1 and 10 1 mol / 1.
  • the surfactant-ion pair comes from a foam resulting from an earlier process, this prior method possibly being in particular an extraction process and, in particular, a process for extraction comprising an ionic flotation separation step.
  • the process according to the invention makes it possible to participate in the treatment and recycling of effluents from prior processes such as those just mentioned.
  • the phase comprising the surfactant is used for the implementation of a subsequent process, this subsequent process being able in particular to be an extraction process and, in particular, a extraction process comprising an ionic flotation separation step.
  • the separation process according to the invention for regenerating the surfactant from its surfactant-ion pair the surfactant is again available to associate with other ions in subsequent processes such as those that come from to be mentioned.
  • the subsequent process which implements the phase comprising the surfactant is the same as the prior process from which the foam comprising the surfactant-ion pair originates.
  • the separation process according to the invention can be part of a process, in particular an extraction process, which operates continuously.
  • the surfactant, separated from the surfactant-ion pair by the process according to the invention is reintroduced into a solution, for example an effluent to be treated, from which at least one ion, that is to say one or more ions, will be extracted. , forming again a surfactant-ion couple. This latter pair is then separated by the implementation of the separation method according to the invention.
  • the prior process and / or the subsequent process are extraction processes comprising an ionic flotation separation step.
  • this description comprises experimental results conducted in the aforementioned experimental device and which make it possible to evaluate the yield and the selectivity of the separation obtained with the separation process according to the invention.
  • FIG. 1 represents a schematic diagram of implementation of the separation method according to the invention, the surfactant-ion pair (denoted TA-I) possibly comprising one or more ions (denoted I).
  • FIG. 2 represents a schematic diagram of the implementation of the separation method according to the invention in a continuous process also comprising an ion flotation extraction method.
  • FIG. 3 represents a schematic view in longitudinal section of a flotation reactor that can be used in the context of the separation process according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the implementation of the separation method according to the invention, the surfactant-ion pair (denoted TA-I) possibly comprising a single ion or, at contrary, several ions (noted I).
  • these ions I all come from the same chemical element having the same oxidation number, that is to say the same number of charges in aqueous solution.
  • these ions I may come from two, three or more different chemical elements and / or the same chemical element having an oxidation number, or charges in aqueous solution, distinct two by two.
  • This ion-surfactant couple noted TA-I may, for example, be derived from an earlier extraction process.
  • step (a) This solution thus obtained at the end of step (a) is then introduced into a flotation reactor denoted R in which step (b) is carried out.
  • a gas is injected into this flotation reactor R ensuring the formation and circulation of bubbles within the solution obtained at the end of step (a).
  • TA the surfactant
  • P 2 a second aqueous phase
  • the reactor height as well as the gas injection rate for bubble formation are adjusted so as to obtain the driest foam possible in order to increase the separation efficiency.
  • step (c) of collecting the first phase Pi formed by the foam We can then proceed to step (c) of collecting the first phase Pi formed by the foam.
  • the foam thus skimmed off from the second aqueous phase P 2 , collapses to give the concentrate, which is a solution rich in TA surfactant.
  • the second aqueous phase P 2 which remains in the flotation reactor R and which, after skimming of said foam, corresponds to the retentate, is itself rich in extracted I ions and poor in TA surfactant. It is also possible to carry out a step (c) of collecting the second aqueous phase P 2 or retentate.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the implementation of the separation process according to the invention in a continuous process which also includes an ionic flotation extraction method.
  • a solution S comprising the ions ⁇ (denoted S (1 ') in FIG. 2) as well as a surfactant TA.
  • This surfactant TA comprises a portion of recycled surfactant TA coming, as will be seen later, the separation process according to the invention.
  • the pH of the mixture formed by the solution S and the surfactant TA is adapted, by the addition of a base or an acid, so as to allow the extraction, by ionic flotation, of the ⁇ ions from the solution. S in which they are contained by means of surfactant TA.
  • This extraction by ion flotation is carried out by injecting a gas into this flotation reactor Ri ensuring the formation and circulation of bubbles within said solution S. Through this circulation of gas bubbles, occurs the formation of two phases, a first phase Pi formed by a foam comprising the ⁇ - ⁇ couple formed by the surfactant TA and ions ⁇ , and a second phase P 2 aqueous composition comprising a solution S 'which corresponds to the depleted solution S ion ⁇ .
  • the foam comprising the surfactant-ion pair ⁇ - ⁇ of the P1 phase is then skimmed with the aqueous P 2 phase, collected and then conveyed to a second flotation reactor R 2 noted.
  • this phase Pi comprising the surfactant-ion pair ⁇ - ⁇ is then adjusted with an acid or a base so as to carry out the step (a) of dissociation of said pair ⁇ - ⁇ , the surfactant TA and the ions ⁇ remaining soluble in the solution thus obtained at the end of step (a).
  • step (b) This solution resulting from this step (a) is then introduced into a second flotation reactor denoted R 2 in which step (b) is carried out.
  • a gas is injected into this flotation reactor R 2 to form bubbles and circulate within said solution. Due to this circulation of gas bubbles, the formation of two phases occurs, a first phase P3 formed by a foam comprising the surfactant TA, and a second aqueous phase P 4 comprising the ions ⁇ .
  • the second aqueous phase P 4 which remains in the flotation reactor R 2 , after skimming of said foam, and which corresponds to the retentate is, for its part, rich in ions ⁇ extracted and poor in surfactant TA. It is also possible to carry out a step (c) of collecting the second aqueous phase P 4 or retentate.
  • the surfactant-rich concentrate TA which corresponds to the part of the surfactant TA recycled as mentioned above, is then reinjected upstream of the ion flotation reactor Ri to be introduced therein with an external feed of surfactant TA and the solution S containing the ions ⁇ that one seeks to extract from said solution S.
  • the examples of implementation of the process according to the invention were carried out in a flotation reactor such as that represented in FIG.
  • the flotation reactor 10 of Figure 3 comprises a vertical cylindrical portion or column 12 formed by a double envelope, for example made of glass.
  • the first envelope 14 defines a chamber 16, comprising an upper portion 16a and a lower portion 16b.
  • the upper part 16a of the chamber 16 is provided at its end with a neck 18 closed by a plug 20 and also comprises an outlet 22.
  • the lower part 16b of the chamber 16 is provided at its end with a conduit 26.
  • a filter 24 in the form of a sintered glass.
  • the second envelope 28 defines a volume 30 disposed around the chamber 16.
  • This volume 30 comprises two openings 32, 34 respectively disposed at the upper portions 30a and 30b of the lower volume 30.
  • the flotation reactor 10 also comprises a collection flask 36 connected to the outlet 22 of the chamber 16 as well as a gas circulation system (not shown in FIG. 3) which is intended to be connected to the duct 26 of the chamber 16.
  • the flotation reactor 10 further comprises a fluid circulation system (not shown in FIG. 3), connected to the openings 32 and 34 of the volume 30, which makes it possible to regulate the temperature of the contents of the chamber 16.
  • the column used during the implementation of the examples according to the process of the invention is a double-walled glass column having a chamber internal diameter of 28 mm and a height of 2150 mm.
  • the column is equipped with a filter formed by a sintered glass with a pore diameter of between 16 ⁇ and 40 ⁇ .
  • aqueous solution comprising the ion-surfactant couple
  • these volumes of aqueous solution are between 20 ml and 80 ml.
  • aqueous solutions which one seeks to treat have all been maintained at a constant temperature of 21 ° C. by a circulation of water established in the volume 30 by the fluid circulation system connected to the openings 32 and 34 of said volume 30.
  • a flow of inert gas is established through the chamber 16 from the conduit 26 of the chamber 16.
  • the inert gas used during the tests is nitrogen which is injected at a flow rate of 5 ml / min. From then on, a foam is formed above the surface of the aqueous solution.
  • This foam is then collected in the balloon 36 connected to the column 12, via the outlet 22 of the chamber 16, at a first neck 38 of the balloon 36.
  • the exit 22 is, in this case, located at 210 mm from the upper end of the column 12.
  • the balloon 36, glass and a capacity of 1 further comprises a second neck 40 closed by a plug 42 through which is disposed a sampling needle 44.
  • the circulation of gas is interrupted from the moment when the foam is no longer formed. This stop will occur between 4 hours and 24 hours from the beginning of the tests and this, as will be seen below, depending on the molar concentration of surfactant in the aqueous solution in question.
  • Samples are taken at the beginning and end of the tests, that is to say respectively before the start of the flow of nitrogen and after stopping said circulation. At the beginning of the tests, the samples are taken in the initial solution, while at the end of the tests, these samples are taken at the same time:
  • the molar ion concentration measurements made in the initial solution and in the retentate were determined by inductively coupled plasma optical emission spectrometry or ICP-OES (corresponding to the abbreviation of the corresponding English terminology, Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) while the measurements of molar concentration in surfactant, made in the initial solution, in the retentate as well as in the concentrate, were determined by analyzes of total organic carbon (abbreviated TOC).
  • ICP-OES inductively coupled plasma optical emission spectrometry
  • TOC total organic carbon
  • C j is the molar concentration of the element i at the beginning of flotation in the aqueous solution
  • V ° is the initial volume of the aqueous solution
  • Cf is the molar concentration of the element i at the end of flotation in the aqueous solution (in the retentate),
  • V f is the final volume of the aqueous solution (retentate).
  • the enrichment factor of the element i denoted F j , is defined by the following equation:
  • C j is the molar concentration of the element i at the beginning of flotation in the aqueous solution
  • aqueous solutions 1 and 2 comprising a surfactant-ion pair with ions from the same chemical element were prepared, solution 1 with Cu 2+ ions and solution 2 with Nd 3+ ions, respectively from the salts. corresponding nitrates identified in Table 2 below.
  • the initial molar concentration of surfactant Akypo ® RO 90 VG (denoted C T ° A) was set at 0.5 mM (or 0.5 mmol / l), which corresponds to a content of 361 ppm.
  • the maximum initial molar concentration of ions coupled with said surfactant is also 0.5 mM.
  • This value of 0.5 mM corresponds to 32 ppm Cu 2+ ions and 72 ppm Nd 3+ ions.
  • Samples are then taken, in the aqueous solution remaining in the column, or retentate, as well as in the solution resulting from the coalescence of the foam, or concentrate.
  • the aqueous solution 2 comprising 361 ppm of surfactant ® Akypo RO 90 VG and 72 ppm ions Nd 3+ was prepared.
  • the initial pH of 3.6 of this aqueous solution 2 was lowered to a value of 2.5 by the addition of concentrated nitric acid.
  • the surfactant has been well concentrated in the collected foam.
  • aqueous solutions 3 and 4 comprising a surfactant-ion pair with ions from two distinct chemical elements were prepared, solution 3 with Cu 2+ ions and Nd 3+ ions (of different degrees of oxidation). and III), and solution 4 with Eu 3+ ions and Nd 3+ ions (of the same degree of oxidation III), respectively from the nitrate salts identified in Table 3 below.
  • aqueous solutions 1 and 2 the initial molar concentration of surfactant Akypo ® RO 90 VG (denoted C T ° A) was fixed at 0.5 mM for each of the aqueous solutions 3 and 4.
  • the pH of the aqueous solution is adjusted to a value of 2.5 by adding concentrated nitric acid.
  • the surfactant has been well concentrated in the collected foam.
  • the proportion of uncollected surfactant corresponds to the amount of foam that has not overflowed the column, because of the construction of the latter. Separation of a surfactant-ion pair, the ions being Nd 3+ from concentrated aqueous solutions
  • aqueous solutions 5 to 8 were prepared from a first solution corresponding to a concentrate resulting from a first ionic flotation separation step, this first ionic flotation separation step having made it possible to concentrate the ions and the surfactant with molar concentration values reported in Table 4 below.
  • This first solution having a molar concentration of 0.5 mM surfactant ® Akypo RO 90 VG and a molar concentration of 0.17 mM of ions from the neodymium nitrate Nd (N03) 3.6H20 mentioned in Table 1.
  • the molar concentrations of surfactant and Nd 3+ ions in the aqueous solutions 5 to 8 are higher than the corresponding molar concentrations of the first solution. from which the concentrate was obtained.
  • the molar concentrations of surfactant are 10 mM while the molar concentrations of Nd 3+ ions fall within a range between 2 mM and 15 mM, as reported in Table 4 below.
  • Another parameter making it possible to optimize the separation process according to the invention consists in adapting the injection rate of the bubbles to ensure the formation of the two phases, the first phase formed by the foam comprising the said surfactant and the second phase.
  • aqueous composition comprising the ions.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un procédé de séparation d'un ou plusieurs ions d'un tensioactif avec lequel il(s) forme(nt) un couple tensioactif-ions, ce couple tensioactif-ions étant en solution aqueuse. Ce procédé comprend : (a) une étape de dissociation du couple tensioactif-ions, par ajustement du pH de la solution aqueuse comprenant ledit couple tensioactif-ions, (b) une étape d'injection de gaz dans la solution aqueuse obtenue à l'issue de l'étape (a) de manière à former deux phases, une première phase formée par une mousse comprenant ledit tensioactif et une deuxième phase aqueuse comprenant ledit ou lesdits ions.

Description

PROCÉDÉ DE SÉPARATION D'UN COUPLE FORMÉ
PAR UN TENSIOACTIF ET AU MOINS UN ION
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte à un procédé de séparation d'un tensioactif et d'au moins un ion à partir d'un couple formé par ledit tensioactif et ledit au moins un ion, ledit couple étant en solution aqueuse.
Un tel couple est désigné, dans la suite de la présente description, par l'expression "couple tensioactif-ions".
Un tel procédé de séparation permet ainsi de restituer des composés, en l'espèce, ledit tensioactif et ledit au moins un ion, ces composés pouvant à nouveau être utilisés.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
L'extraction d'ions, et notamment d'ions métalliques, présents en solution peut être réalisée par la mise en œuvre de différents procédés.
Parmi les procédés susceptibles d'être utilisés, on peut citer l'extraction au moyen d'un tensioactif qui, au contact des ions, forme des produits de réaction qui s'apparentent à des couples tensioactif-ions.
De tels produits de réaction peuvent se présenter sous la forme d'agrégats, également dénommés micelles. Lorsque ces agrégats comprenant les ions présentent des dimensions colloïdales, c'est-à-dire dont l'une des dimensions est comprise entre 1 nm et 1 μιη, ils peuvent être extraits de la solution par ultrafiltration, les couples tensioactif-ions étant alors recueillis sur la membrane de filtration.
Ces produits de réaction peuvent également être extraits par flottation ionique. La flottation ionique permet en effet d'extraire, sous l'effet de la circulation de bulles, ces produits de réaction de la solution les contenant et de les concentrer dans une mousse, parfois dénommée écume, qui se forme à la surface de ladite solution. La collecte de la mousse permet de recueillir les couples tensioactif-ions.
Les couples tensioactif-ions collectés, que ce soit par ultrafiltration, par collecte de la mousse formée par flottation ionique ou encore par tout autre procédé, doivent ensuite être traités, pour répondre aux normes et spécifications imposées par les différentes réglementations applicables et, plus particulièrement, à celles relatives aux exutoires.
Parmi les traitements envisageables, on peut citer les traitements qui aboutissent à la dégradation du tensioactif et/ou des ions. Toutefois, de tels traitements conduisent inévitablement à la formation de produits secondaires qui doivent eux-mêmes faire l'objet d'un traitement ultérieur.
Aux traitements précités, on préfère nettement envisager des traitements visant à séparer les ions et le tensioactif des couples tensioactif-ions pour procéder, soit au conditionnement sous forme de déchets de ces composés, soit à leur recyclage.
Plusieurs procédés permettant la séparation des ions des couples tensioactif-ions ont été décrits.
On peut notamment se référer à la publication de F. M. Doyle ("Ion flotation - its potential for hydrometallurgical opérations", Int. J. Miner. Process., 2003, 72, 387-399), référencée [1] à la fin de la présente description, qui fait un état des lieux de quatre voies envisageables pour la séparation, à partir de la mousse collectée à l'issue d'une flottation ionique, des ions métalliques (notés Mn+) et du tensioactif. Ces voies sont les suivantes :
(1) la précipitation des ions métalliques sous forme d'hydroxydes M(OH)n, par l'addition d'hydroxyde de sodium NaOH,
(2) la précipitation des ions métalliques sous forme de sulfures M(S)n, par l'addition de sulfure de sodium Na2S,
(3) le décapage chimique, et
(4) l'électrolyse. Selon les voies (1) et (2), les ions métalliques Mn+ sont, certes, extraits du couple tensioactif-ions. Toutefois, après extraction, les ions métalliques se présentent sous la forme de composés solides M(OH)n ou M(S)n formés in situ dans la solution, qui comprend également le tensioactif sous forme de sel de sodium. A ce stade, il est encore nécessaire de procéder à la séparation, notamment par filtration, de ces composés solides de la solution. En outre, la quantité extraite de composés solides, et donc indirectement des ions métalliques, est limitée par le faible produit de solubilité des hydroxydes M(OH)n et des sulfures M(S)n. Par ailleurs, la pureté des ions métalliques n'est pas contrôlée car, parmi les composés solides, se trouvent également des couples tensioactif-ions. En outre, lors de la mise en œuvre de la voie (1), on a pu observer l'adsorption du tensioactif à la surface de l'hydroxyde M(OH)n.
La voie (3) de décapage chimique consiste à introduire, dans la solution comprenant les couples tensioactif-ions métalliques, un cation métallique dans une concentration suffisante pour excéder le produit de solubilité du précipité formé par le tensioactif et ledit cation métallique. Toutefois, cette voie (3) n'a pas été approfondie car n'a pas permis d'extraire le métal M. En outre, la salinité de la solution limite l'incorporation dans un procédé plus global fonctionnant en continu.
La publication [1] considère que la voie (4) d'électrolyse est la voie la plus prometteuse pour, d'une part, récupérer le métal et, d'autre part, régénérer le tensioactif à partir d'un couple tensioactif-ions métalliques.
En particulier, lors de l'électrolyse, le couple tensioactif-ions métalliques se décompose dans la solution électrolytique. Ainsi, les ions métalliques Mn+ présents en solution subissent une réduction électrolytique, à la surface de la cathode, selon la réaction (x) suivante :
Mn+ + ne ^ M (x)
A l'anode, se produit l'oxydation électrolytique de l'eau, selon la réaction (y) suivante :
H20 -02 + 2H++ 2e" (y) Le tensioactif, quant à lui, reste dans la solution électrolytique qui est acidifiée par la présence des protons formés lors de la réaction (y). Cette solution acidifiée est décrite comme pouvant être recyclée dans un procédé de flottation ionique.
A l'issue du procédé d'électrolyse, le métal M étant déposé sous forme solide à la surface de la cathode, il devient nécessaire de mettre en œuvre une ou plusieurs étapes complémentaires permettant de récupérer le métal M ou l'ion métallique Mn+. Ceci n'est pas sans incidence sur le coût global du procédé de séparation selon la voie (4), déjà impacté par le coût électrique engendré par l'électrolyse proprement dite.
De plus, quelle que soit la voie retenue, parmi les voies (1) à (4) décrites ci-dessus pour la séparation du tensioactif et des ions du couple tensioactif-ions, on observe que le rendement de séparation reste limité.
Par ailleurs, les produits solides formés lors de la mise en œuvre des procédés de séparation selon les voies (1) et (2), puis ensuite isolés, ont une forme physico-chimique imposée par le procédé de séparation lui-même, ce qui limite le spectre d'utilisations de tels produits solides. Ces derniers sont, de ce fait, généralement destinés aux filières de déchets solides.
Dans le cas des procédés de séparation mettant en œuvre un décapage chimique ou une électrolyse, on observe que les propriétés physico-chimiques de la solution telle qu'obtenue, à l'issue de ces procédés, sont fortement impactées et souvent incompatibles avec un recyclage ultérieur de ladite solution.
Le but de l'invention est, par conséquent, de pallier les inconvénients de l'art antérieur et de proposer un procédé de séparation d'au moins un ion, ou d'un ou plusieurs ions, d'un tensioactif avec lequel il forme un couple tensioactif-ions, permettant d'obtenir la séparation, et la collecte éventuelle, du tensioactif, d'une part, et du ou des ions, d'autre part, avec des rendements satisfaisants, contrairement à ce que l'on observe avec les procédés de séparation de l'art antérieur des voies (1) à (4).
Ce procédé doit en outre permettre d'obtenir une séparation conduisant à l'obtention du tensioactif et des ions caractérisés chacun par un haut degré de pureté, et en l'absence de formation de sous-produits, favorisant ainsi leur valorisation par une utilisation ultérieure, voire par leur recyclage dans des procédés fonctionnant en continu.
Pour favoriser encore le recyclage ultérieur des composés obtenus à l'issue du procédé de séparation du couple tensioactif-ions selon l'invention, il est souhaitable que ce procédé ne génère pas de solutions présentant des caractéristiques physico-chimiques incompatibles avec un recyclage, telles que celles engendrées par le procédé de séparation de l'art antérieur de la voie (3).
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Les buts précédemment énoncés ainsi que d'autres sont atteints par un procédé de séparation d'un ou plusieurs ions d'un tensioactif avec lequel il(s) forme(nt) un couple tensioactif-ions, ce couple tensioactif-ions étant en solution aqueuse.
Selon l'invention, ce procédé comprend :
(a) une étape de dissociation du couple tensioactif-ions, par ajustement du pH de la solution aqueuse comprenant ledit couple tensioactif-ions,
(b) une étape d'injection de gaz dans la solution aqueuse obtenue à l'issue de l'étape (a) de manière à former deux phases, une première phase formée par une mousse comprenant ledit tensioactif et une deuxième phase aqueuse comprenant ledit ou lesdits ions.
Ainsi, lors de l'étape (a), le couple tensioactif-ions est dissocié, ses entités constitutives, le tensioactif, d'une part, et ledit ou lesdits ions, d'autre part, se trouvant en solution. Lors de l'étape (b), sous l'effet de l'injection du gaz, des bulles se forment dans la solution aqueuse, bulles à l'interface desquelles s'adsorbe sélectivement le tensioactif. Ainsi, en remontant à la surface de la solution aqueuse, ces bulles viennent former une première phase se présentant sous la forme d'une mousse qui comprend le tensioactif, tandis que les ions restent, quant à eux, en solution dans la deuxième phase aqueuse.
Le procédé selon l'invention permet donc de séparer efficacement les entités formant initialement le couple tensioactif-ions. Ces entités sont, en effet, séparées chacune avec un haut degré de pureté, le tensioactif migrant dans la première phase formée par une mousse tandis que les ions restent dans la seconde phase aqueuse.
Cette séparation est de surcroît particulièrement aisée, la première phase formée par la mousse et comprenant le tensioactif surnageant à la surface de la seconde phase aqueuse. Cette séparation est, de surcroît, réalisée en un nombre limité d'étapes et n'engendre, par ailleurs, pas un coût énergétique aussi élevé que celui engendré par le procédé de séparation selon la voie (4) décrit dans la publication [1].
En outre, cette séparation des ions et du tensioactif se fait avec un haut rendement, sans dégradation des entités séparées et en l'absence de formation de produits secondaires. On peut donc aisément envisager l'utilisation ultérieure, voire le recyclage, desdites entités séparées.
Ainsi, dans un mode particulier de réalisation, le procédé selon l'invention peut en outre com prendre une éta pe (c) de collecte, soit de la première phase comprenant le tensioactif, soit de la deuxième phase aqueuse comprenant les ions, soit de ces deux phases permettant l'utilisation ou le recyclage du tensioactif et/ou de la solution aqueuse comprenant les ions.
En particulier, la collecte de la première phase formée par la mousse peut être réalisée par raclage, par aspiration ou encore par débordement. On dit alors que la mousse est écumée.
La première phase formée par la mousse et comprenant le tensioactif peut avantageusement être mise en œuvre da ns un autre procédé, notamment un procédé d'extraction. Un tel procédé d'extraction peut, par exemple, être un procédé d'extraction d'ions, notamment d'ions métalliques, au moyen d'un tel tensioactif.
La deuxième phase aqueuse comprenant le ou les ions peut, quant à elle, également être utilisée dans un autre procédé, avec un réajustement éventuel du pH pour être compatible avec cet autre procédé. Cet autre procédé peut notamment consister à réaliser la précipitation dudit ou desdits ions, sous forme de l'élément chimique ou des éléments chimiques correspondants. Dans ce qui précède et ce qui suit, on précise que, par l'expression "élément chimique", on entend un élément chimique répertorié dans le tableau périodique des éléments de Mendeleïev.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du procédé de séparation selon l'invention, l'étape (b) est réalisée par flottation.
La flottation est une technique de séparation par adsorption sur bulles, qui utilise les différences des activités de surface des espèces présentes en solution. En faisant passer à travers la solution un flux de bulles de gaz ascendantes, l'espèce tensioactive s'adsorbe sur les bulles et remonte à la surface où elle est recueillie dans une mousse.
Dans le cadre du procédé selon l'invention, les espèces en solution comprennent le tensioactif et ledit ou lesdits ions, ces composés étant issus de la dissociation du couple tensioactif-ions lors de l'étape (a).
Lors de cette étape (b) réalisée par flottation, le tensioactif s'adsorbe sélectivement à la surface des bulles qui sont formées suite à l'injection du gaz dans la solution aqueuse obtenue à l'issue de l'étape (a).
Le tensioactif ainsi adsorbé à la surface des bulles remonte à travers cette solution aqueuse, dans le flux de bulles de gaz ascendant, jusqu'à la surface de ladite solution aqueuse. On obtient ainsi la migration du tensioactif, à partir de cette solution aqueuse et, avantageusement, sa concentration dans un faible volume de liquide résultant du drainage et de la coalescence de la mousse après la mise en œuvre d'une étape (c) de collecte de la mousse. Cette mousse collectée, après avoir coalescé, forme ce que l'on appelle le "concentrât" tandis que la solution aqueuse résultante, comprenant ledit ou lesdits ions, est dénommée "retentât".
A l'issue du procédé de séparation selon l'invention, le tensioactif est donc présent dans le concentrât tandis que ledit ou lesdits ions sont présents dans le retentât.
Dans un mode particulier de réalisation, le gaz injecté dans la solution aqueuse issue de l'étape (a) de dissociation est un gaz inerte. Ce gaz inerte est, de préférence, choisi parmi l'air, l'azote et l'argon. Comme indiqué précédemment, le procédé selon l'invention se rapporte à la séparation d'un ou plusieurs ions d'un tensioactif avec lequel il(s) forme(nt) un couple tensioactif-ions. En d'autres termes, le procédé selon l'invention propose de séparer au moins un ion d'un tensioactif avec lequel ledit au moins un ion forme ce couple tensioactif-ions.
Dans une version de l'invention, le couple tensioactif-ions ne comprend qu'un ion. Ceci signifie, non pas qu'il n'y ait numériquement qu'un seul ion dans le couple tensioactif-ions, mais que cet ion provient d'un même élément chimique, l'expression "élément chimique" étant telle que définie ci-dessus.
Cet ion, qui provient d'un même élément chimique, présente alors une même charge et/ou le même degré d'oxydation. Il peut ainsi être monochargé ou multichargé et, dans cette dernière hypothèse, comprendre deux, trois ou quatre charges, voire plus.
Dans une autre version de l'invention, le couple tensioactif-ions, peut comprendre plus d'un ion, en particulier plusieurs ions, et notamment deux, trois, quatre ions, voire plus, ces ions étant distincts deux à deux.
A titre d'exemple, dans l'hypothèse où le couple tensioactif-ions comprend deux ions, ces derniers peuvent provenir d'un même élément chimique, à la condition que ce même élément chimique présente deux charges distinctes, c'est-à-dire que ce même élément chimique est présent à deux degrés d'oxydation différents.
Mais on peut également envisager que ces deux ions proviennent de deux éléments chimiques distincts, ces deux éléments chimiques pouvant présenter, ou non, la même charge ou le même degré d'oxydation.
Rien n'interdit d'envisager que le couple tensioactif-ions qui, comme indiqué ci-avant, peut comprendre plusieurs ions, et notamment comprendre trois, quatre, cinq ions, voire plus, ces ions étant bien entendu distincts deux à deux. De tels ions peuvent provenir d'un même élément chimique à des degrés d'oxydation distincts et/ou d'éléments chimiques distincts, à des degrés d'oxydation identiques et/ou différents. Quel que soit le nombre d'ions présents dans le couple tensioactif-ions, le procédé de séparation selon l'invention est tel que, à l'issue de l'étape (b), la seconde phase aqueuse comprend l'ensemble de ces ions.
Le tensioactif du couple tensioactif-ions utilisable dans le cadre du procédé selon l'invention est un composé soluble dans l'eau qui comprend deux parties de polarités différentes, ces deux parties de polarités différentes étant :
- une ou plusieurs parties apolaires hydrophobes, et
- une ou plusieurs parties polaires hydrophiles présentant une affinité pour l'eau, et comprenant au moins un groupement fonctionnel qui permet au tensioactif de créer une ou plusieurs liaisons, notamment des liaisons d'origine électrostatique, avec ledit ou lesdits ions pour former le couple tensioactif-ions en solution aqueuse.
Un tel tensioactif peut ainsi être représenté par la formule générale :
RHF, avec
- R correspondant à la ou aux parties apolaires hydrophobes, et
- HF correspondant à la ou aux parties polaires hydrophiles,
. H correspondant à une ou plusieurs parties polaires hydrophiles non ioniques, et
. F correspondant à au moins un groupement fonctionnel tel que mentionné ci-dessus, ce groupement fonctionnel F étant ionisable en solution aqueuse, le degré d'ionisation de F dépendant du pH de ladite solution aqueuse.
A titre d'exemple, R peut répondre à la formule Cnh i, le nombre d'atomes de carbone n étant un nombre entier supérieur ou égal à 6, avantageusement compris entre 7 et 30 et, préférentiellement, compris entre 8 et 20.
A titre d'exemple, H peut répondre à la formule -(O-CI-h-CI-h O-CI-h-, m étant toujours un nombre entier supérieur ou égal à 1, avantageusement compris entre 3 et 14 et, préférentiellement, compris entre 4 et 9. Dans un mode particulier de réalisation, le tensioactif est un tensioactif polyéthoxylé fonctionnalisé qui peut notamment répondre à la formule générale suivante :
(CnH2n+i)-(0-CH2-CH2)m-0-CH2-F, dans laquelle
- n est un nombre entier compris entre 8 et 18,
- m est un nombre entier compris entre 5 et 9, et
- F est un groupement fonctionnel ionisable en solution aqueuse.
En particulier, le tensioactif peut être un tensioactif utilisé dans un procédé d'extraction par flottation ionique, tel qu'un tensioactif moussant.
II est précisé que l'expression "compris(e) entre ... et qui vient d'être citée et qui est utilisée dans la présente demande, doit être comprise comme définissant non seulement les valeurs de l'intervalle, mais également les valeurs des bornes de cet intervalle.
Dans une première variante de réalisation du procédé selon l'invention, le tensioactif est un tensioactif ionisable, c'est-à-dire un composé qui comprend au moins une charge en solution aqueuse, en fonction du pH de cette solution aqueuse.
Ainsi, lorsqu'il placé en solution aqueuse, le tensioactif, noté TA ci-après, répond à l'une ou l'autre des équations d'équilibre suivantes :
TA-H TA" + H+ (1)
TA + H+ H-TA+ (2)
Le tensioactif peut être un tensioactif ionique et ainsi être choisi parmi un tensioactif anionique, un tensioactif cationique et un tensioactif zwitterionique.
Avantageusement, le tensioactif est choisi parmi un tensioactif anionique et un tensioactif cationique.
Dans le cas où le tensioactif est un tensioactif anionique et répond à l'équation (1) ci-dessus, le groupement fonctionnel F peut notamment être choisi parmi un groupement carboxylate COO" et un groupement phosphate.
Dans le cas où le tensioactif est un tensioactif cationique et répond à l'équation (2) ci-dessus, le groupement fonctionnel F peut notamment être choisi parmi un groupement aminé et un groupement ammonium quaternaire. Dans le cas où le tensioactif est un tensioactif zwitterionique, le tensioactif comprend au moins deux groupements fonctionnels F chargés en solution aqueuse, l'un anionique, l'autre cationique.
Dans un mode particulier de réalisation du procédé selon l'invention, la concentration molaire en tensioactif, dans la solution aqueuse comprenant le couple tensioactif-ions, est comprise entre 10~6 mol/1 et 10 1 mol/1.
Dans un mode particulier de réalisation du procédé selon l'invention, le ou les ions peuvent être des ions métalliques. De tels ions métalliques peuvent avantageusement être des cations métalliques et/ou des entités anioniques comprenant un métal.
Dans une variante avantageuse de l'invention, le métal du ou des cations métalliques et/ou des entités anioniques comprenant un métal est choisi parmi les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les métaux de transition, les métaux pauvres, les métaux nobles, les lanthanides et les actinides.
A titre d'exemples non limitatifs, le cation métallique peut être choisi dans le groupe constitué par Cu2+, Nd3+ et Eu3+. L'entité anionique comprenant un métal peut être, par exemple, Au(CN)4 " ou PtCl62~.
Les équilibres de formation et, par conséquent, de dissociation des couples tensioactif-ions se déclinent respectivement sous les deux formes suivantes, en fonction de la charge de l'ion ou des ions du couple tensioactif-ions, étant précisé que le cation est noté M+ et l'entité anionique, comprenant par exemple un métal, est notée M" :
TA " + M+ TA(M) (Γ)
H-TA+ + M" (M)TA-H (2')
Avantageusement, lors de l'étape (a), le pH est ajusté au moyen d'un électrolyte inorganique, acide ou basique.
Préférentiellement, le pH est ajusté de telle sorte que :
- pH < pKa - 2, pour un tensioactif anionique, et
- pH > pKa + 2, pour un tensioactif cationique, le pKa à prendre en compte étant le pKa du tensioactif considéré. De préférence, l'électrolyte inorganique acide est du type H,Aj et peut notamment être choisi parmi l'un des acides du groupe constitué par HNO3, H2S04, H3 04, HCI, H F, Hl, HBr et HCI04.
De préférence, l'électrolyte inorganique basique est un hydroxyde du type Bi(OH)j et peut notamment être choisi parmi l'une des bases du groupe constitué par LiOH, NaOH, KOH et Ca(OH)2.
Dans un mode particulier de réalisation du procédé selon l'invention, la concentration molaire en électrolyte, dans la solution aqueuse obtenue à l'issue de l'étape (a), est comprise entre 10~7 mol/1 et 10 1 mol/1.
Dans une variante particulièrement avantageuse du procédé de séparation selon l'invention, le couple tensioactif-ions provient d'une mousse résultant d'un procédé antérieur, ce procédé antérieur pouvant notamment être un procédé d'extraction et, en particulier, un procédé d'extraction comprenant une étape de séparation par flottation ionique.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet de participer au traitement et au recyclage d'effluents provenant de procédés antérieurs tels que ceux qui viennent d'être mentionnés.
Dans une autre variante particulièrement avantageuse du procédé de séparation selon l'invention, la phase comprenant le tensioactif est utilisée pour la mise en œuvre d'un procédé ultérieur, ce procédé ultérieur pouvant notamment être un procédé d'extraction et, en particulier, un procédé d'extraction comprenant une étape de séparation par flottation ionique.
En effet, le procédé de séparation selon l'invention permettant de régénérer le tensioactif à partir de son couple tensioactif-ions, le tensioactif est à nouveau disponible pour s'associer avec d'autres ions dans des procédés ultérieurs tels que ceux qui viennent d'être mentionnés.
Dans une autre variante particulièrement avantageuse du procédé de séparation selon l'invention, le procédé ultérieur qui met en œuvre la phase comprenant le tensioactif est le même que le procédé antérieur dont provient la mousse comprenant le couple tensioactif-ions. Ainsi, le procédé de séparation selon l'invention peut s'inscrire dans un procédé, notamment un procédé d'extraction, qui fonctionne en continu. Le tensioactif, séparé du couple tensioactif-ions grâce au procédé selon l'invention, est réintroduit dans une solution, par exemple un effluent à traiter, dont il va extraire au moins un ion, c'est-à- dire un ou plusieurs ions, en formant de nouveau un couple tensioactif-ions. Ce dernier couple est alors ensuite séparé par la mise en œuvre du procédé de séparation selon l'invention.
Avantageusement, le procédé antérieur et/ou le procédé ultérieur sont des procédés d'extraction comprenant une étape de séparation par flottation ionique.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui présente deux variantes de mise en œuvre du procédé de séparation selon l'invention.
Cette description détaillée présente également un dispositif expérimental, en l'espèce un réacteur de flottation, susceptible d'être mis en œuvre dans le procédé de séparation selon l'invention.
Par ailleurs, cette description comprend des résultats expérimentaux conduits dans le dispositif expérimental précité et qui permettent d'évaluer le rendement et la sélectivité de la séparation obtenue avec le procédé de séparation selon l'invention.
Cette description détaillée, qui se réfère notamment aux figures 1 à 3 telles qu'annexées, est donnée à titre d'illustration et en aucun cas, à titre de limitation.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 représente un schéma de principe de mise en œuvre du procédé de séparation selon l'invention, le couple tensioactif-ions (noté TA-I) pouvant comprendre un ou plusieurs ions (notés I).
La figure 2 représente un schéma de principe de mise en œuvre du procédé de séparation selon l'invention dans un procédé en continu comprenant également un procédé d'extraction par flottation ionique. La figure 3 représente une vue schématique en coupe longitudinale d'un réacteur de flottation susceptible d'être mis en œuvre dans le cadre du procédé de séparation selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, est représenté un schéma de principe de mise en œuvre du procédé de séparation selon l'invention, le couple tensioactif-ions (noté TA-I) pouvant comprendre un seul ion ou, au contraire, plusieurs ions (notés I).
Lorsque le couple tensioactif-ions ne comprend qu'un seul ion, ces ions I proviennent tous d'un même élément chimique ayant un même nombre d'oxydation, c'est-à-dire un même nombre de charges en solution aqueuse.
Lorsque le couple tensioactif-ions comprend plusieurs ions, ces ions I peuvent provenir de deux, trois éléments chimiques distincts, voire plus, et/ou d'un même élément chimique ayant un nombre d'oxydation, ou de charges en solution aqueuse, distinct deux à deux.
Ce couple tensioactif-ions noté TA-I peut, par exemple, être issu d'un procédé antérieur d'extraction.
Le pH de la solution comprenant le couple tensioactif-ions TA-I est ajusté avec un acide ou une base de manière à réaliser l'étape (a) de dissociation dudit couple TA-I, le tensioactif et les ions I restant solubles dans la solution ainsi obtenue à l'issue de l'étape (a).
Cette solution ainsi obtenue à l'issue de l'étape (a) est alors introduite dans un réacteur de flottation noté R dans lequel est réalisée l'étape (b). On procède ensuite à l'injection d'un gaz dans ce réacteur de flottation R assurant la formation et la circulation de bulles au sein de solution obtenue à l'issue de l'étape (a). Grâce à cette circulation de bulles de gaz, se produit la formation de deux phases, une première phase Pi formée par une mousse comprenant le tensioactif, noté TA, et une deuxième phase P2 aqueuse comprenant les ions I . La hauteur du réacteur ainsi que le débit d'injection de gaz permettant la formation de bulles sont ada ptés de manière à obtenir la mousse la plus sèche possible afin d'augmenter le rendement de séparation.
On peut alors procéder à l'étape (c) de collecte de la première phase Pi formée par la mousse.
La mousse, ainsi écumée de la deuxième phase P2 aqueuse, collapse pour donner le concentrât, qui est une solution riche en tensioactif TA. La deuxième phase P2 aqueuse, qui reste dans le réacteur de flottation R et qui, après écumage de ladite mousse, correspond au retentât, est quant à elle riche en ions I extraits et pauvre en tensioactif TA. On peut également procéder à une étape (c) de collecte de la deuxième phase P2 aqueuse ou retentât.
Sur la figure 2, est représenté un schéma de principe de mise en œuvre du procédé de séparation selon l'invention da ns un procédé en continu comprena nt également un procédé d'extraction par flottation ionique.
Pour les possibilités envisageables pour les ions Γ, on se reportera à ce qui a été préalablement décrit en relation avec la figure 1 pour les ions I .
Dans un réacteur de flottation ionique noté Ri, sont introduits une solution S comprenant les ions Γ (notée S(l') sur la figure 2) ainsi qu'un tensioactif TA. Ce tensioactif TA comprend une partie de tensioactif TA recyclé provenant, comme on le verra par la suite, du procédé de séparation selon l'invention.
Le pH du mélange formé par la solution S et le tensioactif TA est adapté, par addition d'une base ou d'un acide, de ma nière à permettre l'extraction, pa r flottation ionique, des ions Γ à partir de la solution S da ns laquelle ils sont contenus au moyen du tensioactif TA. Cette extraction par flottation ionique est réalisée par l'injection d'un gaz dans ce réacteur de flottation Ri assurant la formation et la circulation de bulles au sein de ladite solution S. Grâce à cette circulation de bulles de gaz, se produit la formation de deux phases, une première phase Pi formée par une mousse comprenant le couple ΤΑ-Γ formé par le tensioactif TA et les ions Γ, et une deuxième phase P2 aqueuse comprenant une solution S' qui correspond à la solution S appauvrie en ions Γ. La mousse comprenant le couple tensioactif-ions ΤΑ-Γ de la phase Pi est alors écumée de la phase aqueuse P2, collectée puis acheminée vers un second réacteur de flottation noté R2.
Le pH de cette phase Pi comprenant le couple tensioactif-ions ΤΑ-Γ est alors ajusté avec un acide ou une base de manière à réaliser l'étape (a) de dissociation dudit couple ΤΑ-Γ, le tensioactif TA et les ions Γ restant solubles dans la solution ainsi obtenue à l'issue de l'étape (a).
Cette solution issue de cette étape (a) est alors introduite dans un second réacteur de flottation noté R2 dans lequel est réalisée l'étape (b). Com me précédemment, on procède à l'injection d'un gaz dans ce réacteur de flottation R2 pour former des bulles et les faire circuler au sein de ladite solution. Grâce à cette circulation de bulles de gaz, se produit la formation de deux phases, une première phase P3 formée par une mousse comprenant le tensioactif TA, et une deuxième phase P4 aqueuse comprenant les ions Γ.
On procède alors à l'étape (c) de collecte de la première phase P3 formée par la mousse.
La mousse de la première phase P3, ainsi écumée de la deuxième phase
P4 aqueuse, collapse pour donner le concentrât, qui est constitué par une solution riche en tensioactif TA. La deuxième phase P4 aqueuse, qui reste dans le réacteur de flottation R2, après écumage de ladite mousse, et qui correspond au retentât est, quant à elle, riche en ions Γ extraits et pauvre en tensioactif TA. On peut également procéder à une étape (c) de collecte de la deuxième phase P4 aqueuse ou retentât.
Le concentrât riche en tensioactif TA, qui correspond à la partie du tensioactif TA recyclé tel que mentionné ci-dessus, est alors réinjecté en amont du réacteur de flottation ionique Ri pour y être introduit avec un apport extérieur de tensioactif TA et la solution S contenant les ions Γ que l'on cherche à extraire de ladite solution S.
Dispositif expérimental
Les exemples de mise en œuvre du procédé selon l'invention ont été réalisés dans un réacteur de flottation tel que celui représenté sur la figure 3. Le réacteur de flottation 10 de la figure 3 comprend une partie cylindrique verticale ou colonne 12 formée par une double enveloppe, par exemple réalisée en verre.
La première enveloppe 14 définit une chambre 16, comprenant une partie supérieure 16a et une partie inférieure 16b.
La partie supérieure 16a de la chambre 16 est munie à son extrémité d'un col 18 fermé par un bouchon 20 et comprend également une sortie 22. La partie inférieure 16b de la chambre 16 est munie à son extrémité d'un conduit 26. Dans la partie inférieure 16b de la chambre 16 est également disposé transversalement un filtre 24 se présentant sous la forme d'un verre fritté.
La seconde enveloppe 28 définit un volume 30 disposé autour de la chambre 16. Ce volume 30 comprend deux ouvertures 32, 34 disposées respectivement au niveau des parties supérieure 30a et inférieure 30b de ce volume 30.
Le réacteur de flottation 10 comprend également un ballon de collecte 36 connecté à la sortie 22 de la chambre 16 ainsi qu'un système de circulation de gaz (non représenté sur la figure 3) qui est destiné à être connecté au conduit 26 de la chambre 16.
Le réacteur de flottation 10 comprend en outre un système de circulation de fluide (non représenté sur la figure 3), connecté aux ouvertures 32 et 34 du volume 30, qui permet de réguler la température du contenu de la chambre 16.
La colonne utilisée lors de la mise en œuvre des exemples selon le procédé de l'invention est une colonne double enveloppe en verre présentant un diamètre intérieur de chambre de 28 mm et une hauteur de 2 150 mm. La colonne est équipée d'un filtre formé par un verre fritté d'un diamètre de pores compris entre 16 μιη et 40 μιη.
Différents volumes de solution aqueuse comprenant le couple tensioactif-ions ont été introduits dans la chambre 16, par l'intermédiaire de son col 18. Comme indiqué ci-après, ces volumes de solution aqueuse sont compris entre 20 ml et 80 ml.
Les solutions aqueuses que l'on cherche à traiter ont toutes été maintenues à une température constante de 21°C par une circulation d'eau établie dans le volume 30 par le système de circulation de fluide connecté aux ouvertures 32 et 34 dudit volume 30.
Après introduction de la quantité déterminée de solution aqueuse dans la chambre 16, une circulation de gaz inerte est établie au travers de la chambre 16 à partir du conduit 26 de la chambre 16. Le gaz inerte utilisé lors des essais est de l'azote qui est injecté à un débit de 5 ml/min. Dès lors, une mousse se forme au-dessus de la surface de la solution aqueuse.
Cette mousse est alors collectée dans le ballon 36 connecté à la colonne 12, par l'intermédiaire de la sortie 22 de la chambre 16, au niveau d'un premier col 38 du ballon 36. La sortie 22 est, en l'espèce, située à 210 mm de l'extrémité supérieure de la colonne 12. Le ballon 36, en verre et d'une contenance de 1 1, comprend en outre un second col 40 obturé par un bouchon 42 au travers duquel est disposée une aiguille de prélèvement 44.
La circulation de gaz est interrompue à partir du moment où la mousse ne se forme plus. Cet arrêt interviendra entre 4 heures et 24 heures à partir du début des essais et ce, comme on le verra ci-après, en fonction de la concentration molaire en tensioactif dans la solution aqueuse considérée.
Des prélèvements d'échantillons sont réalisés en début et en fin d'essais, c'est-à-dire respectivement avant la mise en route de la circulation d'azote et après l'arrêt de ladite circulation. En début d'essais, les prélèvements sont réalisés dans la solution initiale, tandis qu'en fin d'essais, ces prélèvements sont réalisés à la fois :
- dans le ballon 36, au moyen de l'aiguille 44, dans lequel se trouve la mousse qui, après coalescence des bulles qui la constituent, se présente sous la forme d'un liquide, également dénommé "concentrât", et
- dans la solution résiduelle présente dans la chambre 16, cette solution résiduelle étant dénommée "retentât".
Produits mis en œuyre
Le tensioactif utilisé pour la conduite des essais est un composé répondant à la formule ROiCI-hCI-hOjnCI-hCOOH, dans laquelle R est en Ci6/Cis et n=9, porte le numéro CAS 57635-48-0 et est disponible sous la référence commerciale Akypo®RO 90 VG auprès de la société Kao.
Les autres composés utilisés lors des essais figurent dans le tableau 1 ci- dessous qui rapporte, pour chacun des composés, la formule brute ainsi que leur numéro d'enregistrement CAS (Chemical Abstract Service) respectif.
Tableau 1
Mesures relevées et paramètres calculés
Les mesures de concentration molaire en ions, réalisées dans la solution initiale et dans le retentât, ont été déterminées par spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif ou ICP-OES (correspondant à l'abrégé de la terminologie correspondante anglaise, Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometry) tandis que les mesures de concentration molaire en tensioactif, réalisées dans la solution initiale, dans le retentât ainsi que dans le concentrât, ont été déterminées par des analyses de carbone organique total (abrégé COT).
A partir des valeurs de concentration molaire ainsi relevées, ont été calculés les rendements de séparation et le facteur d'enrichissement des espèces considérées.
Le rendement de séparation de l'élément i, noté Rj, est défini par l'équation suivante :
CiV° - cfvf
1 c v°
dans laquelle l'élément i est l'ion ou le tensioactif, Cj est la concentration molaire de l'élément i en début de flottation dans la solution aqueuse,
V° est le volume initial de la solution aqueuse,
Cf est la concentration molaire de l'élément i en fin de flottation dans la solution aqueuse (dans le retentât), et
Vf est le volume final de la solution aqueuse (du retentât).
Le facteur d'enrichissement de l'élément i, noté Fj, est défini par l'équation suivante :
F- =—
1 c;
dans laquelle l'élément i est l'ion ou le tensioactif,
Cj est la concentration molaire de l'élément i en début de flottation dans la solution aqueuse, et
C™ est la concentration molaire de l'élément i en fin de flottation da ns la mousse collapsée (dans le concentrât). Essais conduits
Séparation d'un couple tensioactif-ions, les ions étant Cu2+ ou Nd3+
Deux solutions aqueuses 1 et 2 comprenant un couple tensioactif-ions avec des ions provenant d'un même élément chimique ont été préparées, la solution 1 avec des ions Cu2+ et la solution 2 avec des ions Nd3+, provenant respectivement des sels de nitrate correspondants identifiés dans le tableau 2 ci-dessous.
Pour chacune des solutions aqueuses 1 et 2, la concentration molaire initiale en tensioactif Akypo®RO 90 VG (notée CT° A) a été fixée à 0,5 mM (ou 0,5 mmol/l), ce qui correspond à une teneur de 361 ppm.
Compte tenu de la concentration molaire initiale en tensioactif, la concentration molaire initiale maximale en ions couplés avec ledit tensioactif est également de 0,5 mM .
Cette valeur de 0,5 mM correspond à 32 ppm d'ions Cu2+ et à 72 ppm d'ions Nd3+. La solution aqueuse 1, qui comprend 361 ppm de tensioactif Akypo®RO 90 VG et 32 ppm d'ions Cu2+, présente un pH initial de 3,6. Le pH de la solution 1 est alors abaissé à une valeur de 2,5 par introduction d'acide nitrique concentré pour permettre la dissociation du couple tensioactif-ions Cu2+.
80 ml de cette solution 1 acidifiée sont ensuite introduits dans le réacteur de flottation décrit ci-dessus puis la circulation de gaz est mise en fonctionnement. Cette circulation de gaz est maintenue jusqu'à ce que la solution aqueuse 1 introduite dans la colonne ne mousse plus. Dans l'intervalle, la mousse formée a été collectée.
Des prélèvements sont ensuite effectués, dans la solution aqueuse restant dans la colonne, ou retentât, ainsi que dans la solution résultant de la coalescence de la mousse, ou concentrât.
Selon un protocole opératoire identique à celui qui vient d'être décrit pour la solution aqueuse 1, la solution aqueuse 2 comprenant 361 ppm de tensioactif Akypo®RO 90 VG et 72 ppm d'ions Nd3+ a été préparée. Le pH initial de 3,6 de cette solution aqueuse 2 a été abaissé à une valeur de 2,5 par addition d'acide nitrique concentré.
Les valeurs de concentration molaire en ions Cu2+, ou Nd3+, dans le retentât (notées Cf), telles que mesurées par ICP-OES ainsi que les valeurs de concentration molaire en tensioactif, dans le retentât (notées C A) ainsi que dans le concentrât (notées ψA), telles que mesurées par analyse COT, sont reportées dans le tableau 2 ci-dessous.
A partir de ces différentes valeurs de concentration molaire, ont été calculés les rendements de séparation en ions (notés Rj) et en tensioactif (notés RTA) ainsi que le facteur d'enrichissement en tensioactif (noté FTA). Les résultats correspondants obtenus pour chacune des solutions aqueuses 1 et 2 figurent également dans le tableau 2 ci-dessous.
Tableau 2
Les résultats du tableau 2 montrent :
- que les ions, Cu2+ ou Nd3+, ont bien été séparés du tensioactif avec lequel ils formaient initialement les couples tensioactif-Cu et tensioactif- Nd dans les solutions aqueuses 1 et 2, respectivement, et
- que le tensioactif a bien été concentré dans la mousse collectée.
On observe que les rendements de séparation du tensioactif RTA n'atteignent toutefois pas la valeur de 100%. Ceci s'explique par le fait que la fraction de la mousse, qui est située entre la surface de la solution aqueuse 1 ou 2 et la sortie 22 de la chambre 16 de la colonne 12, reste et coalesce dans la colonne 12 et qu'elle n'a, par conséquent, pas pu être collectée. Cette fraction de mousse coalescée conduit à maintenir une faible proportion de tensioactif dans le retentât. Cependa nt, on voit que le rapport des rendements de séparation RTA/ I, qui caractérise la séparation du couple tensioactif-ions, est excellent : il est de 1314 pour la séparation du couple tensioactif-Nd et atteint même 8800 pour la séparation du couple tensioactif-Cu. Séparation d'un couple tensioactif-ions, les ions étant formés par un mélange d'ions Cu2+ et Nd3+ ou d'ions Eu3+ et Nd3+
Deux solutions aqueuses 3 et 4 comprenant un couple tensioactif-ions avec des ions provenant de deux éléments chimiques distincts ont été préparées, la solution 3 avec des ions Cu2+ et des ions Nd3+ (de degrés d'oxydation différents, I l et I I I), et la solution 4 avec des ions Eu3+ et des ions Nd3+ (d'un même degré d'oxydation I I I), provenant respectivement des sels de nitrates identifiés dans le tableau 3 ci-dessous.
Comme pour les solutions aqueuses 1 et 2, la concentration molaire initiale en tensioactif Akypo®RO 90 VG (notée CT ° A) a été fixée à 0,5 mM pour chacune des solutions aqueuses 3 et 4.
Les mélanges d'ions Cu2+ et Nd3+ de la solution 3, d'une part, et Eu3+ et Nd3+ de la solution 4, d'autre part, sont présents en une concentration molaire initiale (notée Cj ) de 0,25 mM chacun.
Pour chacune des solutions 3 et 4, le pH de la solution aqueuse est ajusté à une valeur de 2,5 par ajout d'acide nitrique concentré.
Le protocole opératoire suivi pour la séparation du couple tensioactif- ions présents dans les solutions 3 et 4 est le même que celui décrit en détails ci-dessus pour le traitement de la solution aqueuse 1.
Les valeurs de concentration molaire en ions Cu2+ et Nd3+, ou Eu3+ et Nd3+, dans le retentât (notées Cf), telles que mesurées par ICP-OES ainsi les valeurs de concentration molaire en tensioactif, dans le retentât (notées C A) ainsi que dans le concentrât (notées ψA), telles que mesurées par analyse COT, sont reportées da ns le tableau 3 ci-dessous.
A partir de ces différentes valeurs de concentration molaire, ont été calculés les rendements de séparation en ions (notés Rj) et en tensioactif (notés RTA) ainsi que le facteur d'enrichissement en tensioactif (noté FTA). Les résultats correspondant obtenus pour chacune des solutions aqueuses 3 et 4 figurent également dans le tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
Les résultats du tableau 3 montrent :
- que les ions, Cu2+ et Nd3+, d'une part, et Eu3+ et Nd3+, d'autre part, ont bien été séparés du tensioactif avec lequel ils formaient initia lement les couples tensioactif-Cu/Nd et tensioactif-Eu/Nd dans les solutions aqueuses 3 et 4, respectivement, et
- que le tensioactif a bien été concentré dans la mousse collectée.
Comme précédemment, la proportion de tensioactif non collectée correspond à la quantité de mousse qui n'a pas débordé de la colonne, du fait de la construction de cette dernière. Séparation d'un couple tensioactif-ions, les ions étant Nd3+ à partir de solutions aqueuses concentrées
Quatre solutions aqueuses 5 à 8 ont été préparées à partir d'une première solution correspondant à un concentrât issu d'une première étape de séparation par flottation ionique, cette première étape de séparation par flottation ionique ayant permis de concentrer les ions et le tensioactif aux valeurs de concentration molaire reportées dans le tableau 4 ci-dessous.
Cette première solution comprenant une concentration molaire de 0,5 mM de tensioactif Akypo®RO 90 VG et une concentration molaire de 0,17 mM d'ions provenant du nitrate de néodyme Nd(N03)3.6H20 mentionné dans le tableau 1.
Compte tenu de l'origine de concentrât de ces solutions comprenant le couple tensioactif-Nd, les concentrations molaires en tensioactif et en ions Nd3+ dans les solutions aqueuses 5 à 8, sont plus élevées que les concentrations molaires correspondantes de la première solution à partir de laquelle a été obtenu le concentrât. Les concentrations molaires en tensioactif sont de 10 mM tandis que les concentrations molaires en ions Nd3+ s'inscrivent dans un intervalle compris entre 2 mM et 15 mM, comme reporté dans le tableau 4 ci-dessous.
Différents volumes du concentrât ont été introduits dans le réacteur de flottation, après avoir ajusté le pH du concentrât à une valeur de 2 par ajout d'acide nitrique concentré.
Le protocole opératoire suivi pour la séparation du couple tensioactif- ions présents dans les solutions 5 à 8 est le même que celui décrit en détails ci-dessus, notamment pour le traitement de la solution aqueuse 1.
Les valeurs de concentration molaire en ions Nd3+ dans les retentâts (notées Cf), telles que mesurées par ICP-OES ainsi les valeurs de concentration molaire en tensioactif, dans le retentât (notées C A) ainsi que dans le nouveau concentrât (notées ψA), telles que mesurées par analyse COT, sont reportées dans le tableau 4 ci-dessous.
A partir de ces différentes valeurs de concentration molaire, ont été calculés les rendements de séparation en tensioactif (notés RTA) ainsi que le facteur d'enrichissement en tensioactif (noté FTA). Les résultats correspondant obtenus pour chacune des solutions aqueuses 5 à 8 figurent également dans le tableau 4 ci-dessous.
Tableau 4
Les résultats du tableau 4 montrent que les ions Nd3+ ont bien été séparés du tensioactif avec lequel ils formaient initialement le couple tensioactif-Nd dans les solutions aqueuses 5 à 8 préparées à partir d'un concentrât issu d'une première étape de séparation par flottation ionique. Cette séparation est tout à fait satisfaisante pour des solutions aqueuses comprenant de fortes concentrations molaires dudit couple.
On observe également de la comparaison des résultats du tableau 4, qui sont obtenus avec les solutions 6 à 8, que le volume initial de la solution aqueuse comprenant le couple tensioactif-Nd3+ a une influence sur les rendement de séparation et facteur d'enrichissement du nouveau concentrât en tensioactif. Ainsi, plus le volume de la solution aqueuse comprenant le couple tensioactif-ions diminue, la hauteur et le diamètre intérieur de la colonne étant par ailleurs identiques, meilleur est le facteur d'enrichissement. Ceci correspond, en effet, à l'obtention d'une hauteur de mousse plus importante, ladite mousse obtenue étant, par conséquent, plus sèche. On observe en outre de la comparaison des résultats du tableau 4 qui sont obtenus avec les solutions 5 et 6 que la concentration molaire initiale de la solution aqueuse comprenant le couple tensioactif-Nd3+ a également une influence sur les rendement de séparation et facteur d'enrichissement du concentrât en tensioactif.
I I découle de ces observations qu'une optimisation du procédé de séparation d'au moins un ion d'un couple tensioactif-ions selon l'invention peut être aisément atteinte en faisant varier la hauteur de la colonne du réacteur de flottation mis en œuvre dans le cadre de ce procédé, la hauteur étant directement liée au volume de solution aqueuse comprenant le couple tensioactif-ions.
Un autre paramètre permettant d'optimiser le procédé de séparation selon l'invention consiste à adapter le débit d'injection des bulles permetta nt d'assurer la formation des deux phases, la première phase formée par la mousse comprenant ledit tensioactif et la seconde phase aqueuse comprenant les ions.
BIBLIOGRAPHIE
[1] F. M. Doyle, Int. J. Miner. Process., 2003, 72, pages 387-399

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de séparation d'un ou plusieurs ions d'un tensioactif avec lequel il(s) forme(nt) un couple tensioactif-ions, ce couple tensioactif-ions étant en solution aqueuse, ce procédé comprenant :
(a) une étape de dissociation du couple tensioactif-ions, par ajustement du pH de la solution aqueuse comprenant ledit couple tensioactif-ions,
(b) une étape d'injection de gaz dans la solution aqueuse obtenue à l'issue de l'étape (a) de manière à former deux phases, une première phase formée par une mousse comprenant ledit tensioactif et une deuxième phase aqueuse comprenant ledit ou lesdits ions.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape (c) de collecte de la première phase et/ou de la deuxième phase aqueuse.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape (b) est réalisée par flottation.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le gaz est un gaz inerte, de préférence choisi parmi l'air, l'azote et l'argon.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le couple tensioactif-ions ne comprend qu'un ion, ledit ion provenant d'un même élément chimique à un même degré d'oxydation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le couple tensioactif-ions comprend plusieurs ions, lesdits ions pouvant provenir d'un même élément chimique à des degrés d'oxydation distincts et/ou d'éléments chimiques distincts, à des degrés d'oxydation identiques et/ou différents.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le tensioactif répond à la formule générale suivante :
RHF, avec
- R correspondant à la ou aux parties apolaires hydrophobes, et
- HF correspondant à la ou aux parties polaires hydrophiles, avec
. H correspondant à une ou plusieurs parties polaires hydrophiles non ioniques, et
. F correspondant à au moins un groupement fonctionnel ionisable en solution aqueuse.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel
- R répond à la formule Gl-hi+i, le nombre d'atomes de carbone i étant un nombre entier supérieur ou égal à 6, avantageusement compris entre 7 et 30 et, préférentiellement, compris entre 8 et 20, et/ou
- H répond à la formule -(O-CI-h-CI-h O-CI-h-, m étant toujours un nombre entier supérieur ou égal à 1, avantageusement compris entre 3 et 14 et, préférentiellement, compris entre 4 et 9.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le tensioactif répond à la formule générale suivante :
(CnH2n+i)-(0-CH2-CH2)m-0-CH2-F, avec
n est un nombre entier compris entre 8 et 18, et
m est un nombre entier compris entre 5 et 9.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le tensioactif est un tensioactif ionique choisi parmi un tensioactif anionique et un tensioactif cationique.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le tensioactif anionique est choisi parmi un groupement carboxylate COO" et un groupement phosphate.
12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le tensioactif cationique est choisi parmi un groupement aminé et un groupement ammonium quaternaire.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la concentration molaire en tensioactif, dans la solution aqueuse comprenant le couple tensioactif-ions, est comprise entre 10~6 mol/1 et 10 1 mol/1.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le ou les ions sont des cations métalliques et/ou des entités anioniques comprenant un métal, le métal étant avantageusement choisi parmi les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les métaux de transition, les métaux pauvres, les métaux nobles, les lanthanides et les actinides.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel, lors de l'étape (a), le pH est ajusté au moyen d'un électrolyte inorganique, acide ou basique.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, dans lequel le pH est ajusté de telle sorte que :
- pH < pKa - 2, pour un tensioactif anionique, et
- pH > pKa + 2, pour un tensioactif cationique, le pKa à prendre en compte étant le pKa du tensioactif considéré.
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, lequel la concentration molaire en électrolyte, dans la solution aqueuse obtenue à l'issue de l'étape (a), est comprise entre 10~7 mol/1 et 10 1 mol/1.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel le couple tensioactif-ions provient d'une mousse résultant d'un procédé antérieur, tel qu'un procédé d'extraction.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel la phase comprenant le tensioactif est utilisée pour la mise en œuvre d'un procédé ultérieur, tel qu'un procédé d'extraction.
20. Procédé selon la revendication 19 dépendante de la revendication 18, dans lequel ce procédé ultérieur est le même que celui dont provient la mousse comprenant le couple tensioactif-ions.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, dans lequel le procédé antérieur et/ou le procédé ultérieur sont des procédés d'extraction comprenant une étape de séparation par flottation ionique.
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