Problèmes relatifs aux structures et propriétés des ferrates

Problèmes relatifs aux structures et propriétés des ferrates

La complexité des structures des différents types de ferrates et de leurs instabilités dans la plupart des milieux rendent les approches et les discussions imprécises, laissant beaucoup de questions en suspens. Toutes les interprétations et résultats de recherches se basent sur les propriétés visuelles et comportementales vis-à-vis de leurs utilisations. Cependant, en général, les différents types de ferrates ont à peu près les mêmes propriétés qu’ils soient différents de par leurs sels.

Données de base sur les structures bien établies par recoupement de méthodes modernes

On compte parmi les méthodes de caractérisation de ferrates les mieux établies les analyses par diffraction aux rayon-X, Spectroscopie Mössbauer, ATD. Ces différentes méthodes ont permis de déterminer avec précision les structures des ferrates, toutes sont basées sur l’étude de ferrate de potassium en comparaisons pour les différents ferrates. Un des résultats les plus importants a été l’affirmation de l’analogie de structure entre les ions ferrates et les ions sulfates. Ce qui a permis de comprendre et d’anticiper les comportements et propriétés des différents sels de ferrates, connaissant les comportements des ions sulfates qui sont plus connus. Ces méthodes ont aussi permis par exemple la mise en évidence des différents types de ferrates [9] : – les métaferrates : MFeO3 si les cations sont divalent ; M2FeO3 si les cations sont monovalents – les orthoferrates : M2FeO4 où M est un cation divalent – les pentaoxoferrates : M3FeO5 où M est un cation divalent D’autres degrés d’oxydation du fer, mais moins connus, ont été aussi mis en évidence à partir de ces méthodes modernes, entre autre les ferrates V de formule K3FeO4 qui est le seul cité dans la littérature par Wahl et al. [29]. Dans ces références, Schreyer [19] parle de la découverte par Goralevitch de ferrates VIII de potassium (K2FeO5), de couleur vert claire, appelé « perferrate » qui est plus stable que les ferrates VI. La formule du perferrate de barium hydraté s’écrit BaFeO5.7H2O. Page | 21 Il affirme aussi que les perferrates sont précipités par des sels alcalino-terreux. Avec les analyses aux rayon-X, toujours dans le même ouvrage, Petrov et B. Ormont ont rapporté que les perferrates découverts par Govarelitch n’étaient que des résidus de K2MnO4

Problèmes relatifs aux différents types de ferrates

Comme mentionné précédemment, les ferrates existent sous différents états d’oxydation : Fer IV, Fer V, Fer VI. Outres les caractérisations avec des appareils sophistiqués, la plupart des littératures affirment la possibilité de différenciation de ces ferrates par leurs couleurs spécifiques : vert pour les ferrates IV ; noirâtre pour les ferrates V et pourpre pour les ferrates VI [8]. Cependant, ces couleurs peuvent varier selon les sels utilisés. On mentionne par exemple que les premiers ferrates IV synthétisés étaient les ferrates de Strontium et Barium de couleur noirs [9]. Déjà à ce niveau donc, il y peut y avoir une confusion en ferrates IV et ferrates V de potassium de couleur noire, cristallisé. En ce qui concerne, les ferrates VI, en phase solides, les ferrates VI peuvent être de couleurs verts ou pourpres en fonction de la méthode de synthèse. Ils sont décrits comme étant des produits pourpres dans les solutions fortement alcalines. Là encore, la notion de couleur peut être remise en cause à cause des nuances allant du rouge, violet, violet profond et pourpre. Les ferrates peuvent donc avoir des nuances de couleurs selon les cations mis en jeu, ce qui rend difficile la recherche de modes de caractérisations simples outre les méthodes utilisant des appareils sophistiqués.

Problèmes relatifs aux différences de stabilité et conditions de stabilités

Comme mentionné précédemment et dans la plupart des littératures, en phase liquide, les ferrates sont stables dans un milieu alcalin pH>10 mais qui dépend encore de la concentration initiale de ferrates, des ions coexistant et de la température de la solution [19]. Certains auteurs ont entrepris des travaux ayant pour but la détermination de diverses conditions de stabilisation des ferrates [15][20]. Nous pouvons noter par exemple que les ferrates sont relativement stables à faible concentration en présence de KCl, KNO3 et les phosphates qui retardent significativement leur décomposition. Quelques auteurs anciens ont aussi étudié qualitativement la décomposition de l’ion ferrate et les possibilités de stabilisation par addition de divers sels à la solution (chlorure, bromure, nitrate ou carbonate de potassium) et ont constaté au contraire l’accélération de la décomposition par addition d’autres sels comme ceux de calcium, strontium et magnésium. Sans conteste, actuellement, les ferrates les plus stables sont ceux à l’état solide et pratiquement purs. Leurs durée de vie peut aller jusqu’à plus d’une année [35]. Toujours dans cette problématique sur les propriétés et stabilité des ferrates, il est nécessaire de trouver des appareillages qui sont adaptés aux manipulations des ferrates de par leur propriété oxydant. Miller [43] en parle par exemple sur le choix des filtres à utiliser pour pouvoir faire la séparation des phases liquides et solide d’un mélange contenant des ferrates. En effet, les ferrates peuvent oxyder les matériaux utilisés pour leur caractérisation, ce qui peut fausser les résultats obtenus si l’on ne prend pas les précautions nécessaires.

Table des matières

LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 BIBLIOGRAPHIES ET « ETAT DE LA TECHNIQUE »
1.1 Introduction
1.2 « État de la technique »
1.2.1 Définition, structure et propriétés des ferrates
1.2.2 Méthodes de synthèse des ferrates
1.2.3 Méthode d’analyse et de caractérisation
1.2.4 Utilisation des ferrates
1.3 Les problèmes de cet état de la technique
1.3.1 Problèmes relatifs aux structures et propriétés des ferrates
1.3.2 Problèmes (avantages et inconvénients) relatifs aux méthodes de synthèse des ferrates
1.3.3 Problèmes liés aux méthodes d’analyse et de caractérisation
1.3.4 Problèmes liées aux utilisations des ferrates
1.4 Le contexte local et notre approche
1.5 Choix des pistes à creuser
1.6 Conclusion sur l’état de la technique
CHAPITRE 2 METHODOLOGIE, MATERIELS ET PRODUITS UTILISES
2.1 Introduction
2.2 Description de la démarche expérimentale
2.2.2 Les matériels et équipements utilisés
2.2.3 Les produits chimiques utilisés et leurs caractéristiques
2.3 Préparation du mélange avant réaction de synthèse
2.4 Mesure du taux de fer total par spectrophotomètre
2.5 Méthode de calcul du rendement
2.6 Conclusion partielle sur la méthodologie
CHAPITRE 3 APPROCHE QUALITATIVE DES NOUVEAUX PROCEDES DE SYNTHESE DES
FERRATES
3.1 Introduction
3.2 Approche qualitative de l’obtention de ferrate de potassium ou de sodium par un nouveau
procédé
3.2.1 Introduction
3.2.2 Mise en évidence qualitative de l’obtention de ferrate solide par un nouveau procédé à
l’eutectique de KOH – NaOH
3.2.3 Mise en évidence de l’obtention de ferrate « vert » en solution à partir du ferrate solide
3.2.4 Mise en évidence de la différence des résultats en fonction de l’hydroxyde
3.2.5 Conclusion sur le nouveau procédé de synthèse de ferrate vert de potassium ou de sodium par
l’eutectique de KOH/NaOH
3.3 Mise en évidence qualitative d’obtention de ferrate pourpre à partir de ferrate vert
3.3.1 Introduction
3.3.2 Principe d’obtention de ferrate pourpre à partir d’une solution de ferrate vert
Page | v
3.3.3 Influence de la méthode de précipitation de l’hydroxyde ferrique
3.3.4 Conclusion sur la méthode d’obtention de ferrate pourpre avec du ferrate vert
3.4 Essais de synthèse de ferrate pourpre directement par voie sèche
3.4.1 Introduction
3.4.2 Principe de la nouvelle méthode
3.4.3 Mise en évidence d’obtention de ferrate pourpre directement par voie sèche
3.4.4 Conclusion sur la nouvelle méthode à sec de synthèse directe de ferrate pourpre
3.5 Mise en évidence qualitative de l’obtention de ferrate de calcium à partir du ferrate vert et/ou pourpre par un nouveau procédé
3.5.1 Introduction
3.5.2 Principe de la méthode
3.5.3 Description du nouveau procédé d’obtention de ferrate de calcium
3.5.4 Conclusion sur la nouvelle méthode d’obtention de ferrate de calcium
3.6 Les intérêts de nos méthodes
3.6.1 Intérêts de l’hydroxyde ferrique
3.6.2 Intérêts du mélange eutectique de KOH/NaOH
3.6.3 Intérêt de l’obtention de ferrate de calcium
3.7 Conclusion générale sur l’approche qualitative d’obtention des ferrates
CHAPITRE 4 APPROCHE QUANTITATIVE DES NOUVEAUX PROCEDES DE SYNTHESE DES
FERRATES
4.1 Introduction
4.2 Mise au point d’un procédé d’extraction des ferrates
4.2.1 Problématique
4.2.2 Remédiation
4.3 Approche quantitative sur la synthèse de ferrate de potassium/sodium avec eutectique
4.3.1 Introduction
4.3.2 Influence de la méthode de précipitation de l’hydroxyde ferrique
4.3.3 Influence du mode d’introduction des réactifs
4.3.4 Influence du mode de préparation du mélange
4.3.5 Influence du vieillissement de l’hydroxyde ferrique
4.3.6 Influence du rapport massique de l’hydroxyde ferrique et de l’eutectique
4.3.7 Influence de la température de cuisson
4.3.8 Influence de la durée de cuisson
4.3.9 Comparaison de synthèse avec le mélange eutectique de KOH/NaOH, KOH, NaOH
4.3.10 Redéfinition de rapport KOH/NaOH constituant du mélange eutectique
4.3.11 Modèle de synthèse de ferrates pourpre de potassium et/ou de sodium
4.3.12 Conclusion sur l’approche quantitative de la synthèse de ferrate de potassium/sodium avec le
mélange eutectique de KOH/NaOH
4.4 Approche quantitative sur la synthèse de ferrate de calcium à partir du ferrate +IV/+V/+VI
4.4.1 Introduction
4.4.2 Rendement de synthèse de ferrate de calcium en fonction des types de ferrates
4.4.3 Influence de la température de précipitation du ferrate de calcium
4.5 Stabilité des ferrates obtenus
4.5.1 Introduction
4.5.2 Stabilité du ferrate solide
4.5.3 Stabilité des ferrates en solution
4.5.4 Conclusion sur la stabilité des ferrates obtenus
4.6 Conclusion générale sur l’approche quantitative
CHAPITRE 5 ESSAIS D’APPLICATION DU NOUVEAU PROCEDE DE SYNTHESE ET DU PRODUIT OBTENU
5.1 Essai de synthèse avec de la latérite
5.1.1 Objectifs de la réaction
5.1.2 Description des expérimentations
5.1.3 Interprétation des résultats
5.2 Essai d’application du ferrate obtenu en traitement des eaux usées de teinturerie
5.2.1 Bilan des matières et détermination de quantité de ferrate actif dans notre produit
5.2.2 Essai de détermination de la quantité de produit à utiliser pour le traitement d’eau usée de teinturerie
5.3 Conclusion sur les essais d’applications du nouveau procédé à sec
CHAPITRE 6 NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHES ET PROJET DE PRODUCTION
PILOTE
6.1 Introduction
6.2 Obtention des différentes formes de ferrates
6.3 Valorisation de la latérite
6.4 Maitrise de la production de ferrate de calcium stable
6.5 Recyclage des réactifs
6.6 Projet de production de ferrate avec le procédé à sec
6.6.1 Description et objectif du projet
6.6.2 Description du marché visé et contexte socioéconomique
6.7 Comparaison d’utilisation des ferrates par rapport aux produits standards de traitement
6.7.1 Consommations des produits
6.7.2 Coûts des produits de traitement au « m 3»
6.8 Coûts liés au projet
6.8.1 Coût des appareillages
6.8.2 Frais de fonctionnement
6.8.3 Estimation des bénéfices journaliers
6.9 Estimation de la durée d’amortissement du projet
6.10 Conclusion sur l’aspect financier d’un projet pilote
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
Annexe 1 – Alkaline Hypochlorite Synthesis of High Purity, Stable K2FeO4
Annexe 2 – Preparation of Potassium Ferrate by Wet Oxydation Methode Using West Alkali
Purification and Reuse of Waste Alkali
Annexe 3 – Système de codification des couleurs « RAL »
INDEX
BIBLIOGRAPHIE.