Influence du type de mobile d’agitation et de la vitesse d’agitation 

Influence du type de mobile d’agitation et de la vitesse d’agitation 

Les influences de la géométrie du mobile d’agitation et de la vitesse d’agitation sur la taille et la structure des agglomérats, et sur l’évolution de la concentration durant la précipitation ont été étudiées. Pour la réalisation de cette étude, nous avons réalisé une précipitation avec une turbine Rushton et une autre avec une hélice Mixel TT dans les conditions suivantes : température égale à 25°C, concentration initiale en SrMoO4 après mélange égale à 25 mol.m-3 et vitesse d’agitation égale à 350 min-1. L’influence de la vitesse d’agitation sur la formation des agglomérats a été étudiée avec l’hélice Mixel TT en faisant varier la vitesse d’agitation entre 200 min-1 et 600 min-1, avec une température fixée à 25°C et une concentration initiale en SrMoO4 après mélange égale à 25 mol.m-3. 

Influence du mobile d’agitation

Les résultats des analyses réalisées sur la phase liquide au cours de la précipitation et sur la poudre en fin de précipitation sont montrées dans les paragraphes suivants. À partir de ces résultats, nous avons évalué l’influence du type de mobile d’agitation sur la forme et taille des agglomérats obtenus. 

 Étude Expérimentale 

Analyse de la phase liquide 

La variation au cours du temps de la concentration en SrMoO4 est présentée sur la Figure 4.1 pour les deux précipitations dans les mêmes conditions de concentration initiale, température et vitesse d’agitation mais avec un mobile d’agitation de géométrie différente. 0 5 10 15 20 25 0 2000 4000 6000 temps (s) turbine Rushton hˇlice Mixel TT Figure 4.1– Evolution de la concentration au cours de deux synthèses réalisées avec deux mobiles d’agitation de géométrie différente : hélice Mixel TT (25,3°C ±1) et une turbine Rushton (26,4°C ±0,01) (conditions de précipitation : 25mol.m-3, 350 min-1 ). La Figure 4.1 montre que l’évolution de la concentration en SrMoO4 est différente pour les deux types de mobile d’agitation. La décroissance plus rapide de la courbe obtenue avec la turbine semble indiquer la présence d’une surface de cristallisation plus importante. Il faut noter qu’à vitesse d’agitation égale, la puissance dissipée par la turbine est supérieure d’un facteur de 10 à celle dissipée par l’hélice. 

Analyse de la phase solide 

La suspension en fin de précipitation a été analysée par granulométrie laser et les résultats obtenus sont les suivants (Figure 4.2). 80 Chapitre 4 : Étude Expérimentale 0 2 4 6 8 10 12 0,1 1 10 100 1000 taille (μm) Rushton Mixel TT Figure 4.2- Distributions granulométriques des poudres obtenues en fin de précipitation avec deux géométries de mobile d’agitation différentes (conditions de précipitation : 25°C, 25mol.m-3, 350 min-1). Les deux distributions granulométriques ne sont pas superposables, mais ont la même allure. La DTP avec la turbine Rushton a un seul pic intense entre 2 et 100 μm avec un épaulement entre 3 et 10 μm et la DTP de l’hélice Mixel TT présente deux pics séparés dont un moins intense entre 3 et 10 μm (artefact) et un deuxième plus intense entre 15 et 100 μm. La distribution finale obtenue avec la turbine est décalée vers les tailles les plus faibles. Les tailles moyennes en volume sont pour la turbine Rushton et pour l’hélice Mixel TT respectivement égales à 38 μm et 53 μm. Les tailles maximales sont respectivement égales à 85 μm et 134 μm. La Figure 4.3 présente les valeurs de l’échelle de taille de Kolmogoroff pour une turbine Rushton (Np=6) et une hélice Mixel TT (Np=0,7). Quand la vitesse d’agitation croît la puissance dissipée augmente, ce qui correspond à une diminution de l’échelle de taille de Kolmogoroff. 81 Chapitre 4 : Étude Expérimentale 0 50 100 150 200 250 300 0 100 200 300 400 500 600 700 800 vitesse d’agitation (tour/min) lK (μm) 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 ε (W/kg) Rushton- lK Mixel TT-lK Rushton – puissance Mixel TT-puissance λk λ λ k k Figure 4.3– Echelle de taille de Kolmogoroff en fonction de la vitesse d’agitation pour la cuve utilisée dans l’étude paramétrique et pour deux mobiles d’agitation de géométrie différente. Les tailles maximales des DTP n’ont pas été identifiées en fin de précipitation pendant les observations au MEB. Les tailles maximales observées au MEB correspondent plutôt aux tailles moyennes des DTPs par granulométrie laser comme nous les voyons sur les Figures 4.4 et 4.5. Pour cette raison nous avons choisi de comparer les tailles moyennes et les valeurs de l’échelle de taille de Kolmogoroff afin d’expliquer ce décalage de la DTP et de déterminer le régime de collision-consolidation. La Figure 4.3 montre que les échelles de taille de Kolmogoroff obtenues avec une hélice sont supérieures à celles obtenues dans le cas d’une turbine Rushton, car la puissance dissipée par la turbine Rushton est très supérieure à celle de l’hélice Mixel TT à même vitesse d’agitation. Pour une vitesse de 350 min-1, λK est égal à 44 μm pour une turbine Rushton et égale à 76 μm pour une hélice Mixel TT. Ceci est en accord avec les tailles moyennes d’agglomérats observées expérimentalement (38 et 53 μm). Dans notre système le régime de collision-consolidation est donc limité aux régimes Brownien et laminaire. Figure 4.4- Photos MEB du SrMoO4 en fin de précipitation obtenus à puissance dissipée égale à 0,19 W/kg avec une turbine Rushton (conditions de précipitation : 350 min-1, 25°C, 25 mol.m-3). 82 Chapitre 4 : Étude Expérimentale Figure 4.5 – Photos MEB du SrMoO4 en fin de précipitation obtenus à puissance dissipée égale à 0,022 W/kg avec une hélice Mixel TT (conditions de précipitation : 350 min-1, 25°C, 25 mol.m-3). L’observation au MEB des agglomérats obtenus nous permet de conclure qu’il existe peu de différence visible par cette technique entre la taille et la morphologie des fuseaux et des agglomérats obtenus avec une turbine Rushton et une hélice Mixel TT. Les surfaces spécifiques des poudres obtenues sont égales à environ 0,200 m2 /g pour l’hélice Mixel TT et 0,167 m2 /g pour la turbine Rushton à même vitesse d’agitation. L’augmentation de la puissance dissipée augmente la constante d’agglomération ce qui permet l’obtention d’agglomérats moins poreux donc avec une surface spécifique plus faible (Figure 4.6).

Influence de la vitesse d’agitation 

Dans un deuxième temps, l’étude de l’influence de la variation de la vitesse d’agitation sur la taille et structure des agglomérats et sur l’évolution de la précipitation a été réalisée avec l’hélice Mixel TT. Les valeurs de la vitesse d’agitation auxquelles ont été réalisées les précipitations sont : 200, 350, 500 et 600 min-1. Les résultats des analyses de la phase liquide et de la phase solide sont montrés dans les sections suivantes. 

Analyse de la phase liquide

 La concentration en SrMoO4 a été suivie au cours du temps (Figure 4.7). 0 5 10 15 20 25 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 temps (s) 200 min-1 350 min-1 500 min-1 600 min-1 Figure 4.7– Evolution de la concentration au cours du temps pour différentes vitesses d’agitation (puissances dissipées) : 200 min-1 (0,0041 W/kg) (24,9°C ± 0,1), 350 min-1 (0,022 W/kg) (25,3°C ± 1) , 500 min-1 (0,063 W/kg) (24,8°C ± 0,1 ), 600 min-1 (0,11 W/kg) (25,4°C ± 0,7) (conditions de précipitation : 25 mol.m-3, hélice Mixel TT). 84 Chapitre 4 : Étude Expérimentale La Figure 4.7 montre que les évolutions de la concentration en fonction du temps à différentes vitesses d’agitation sont quasiment superposables. La vitesse d’agitation n’a donc que très peu d’influence sur la décroissance de la concentration en SrMoO4.