Pour réduire ces rejets polluants l’un des moyens consiste à essayer d’optimiser la quantité de produits chimiques utilisés lors des différents traitements ; cela nécessite le suivi des diverses concentrations par un titrimètre, en ligne.
Outre le fait de limiter la pollution, l’utilisation d’un analyseur en ligne permet d’améliorer la qualité des traitements, d’économiser les produits chimiques et de soulager le travail du laboratoire.
Cas du dégraissage
Plusieurs méthodes sont utilisées dans la mise en œuvre de cette technique. L’une des plus employées est celle du dégraissage alcalin avec emploi d’un produit tensio-actif.
C’est le procédé le moins coûteux et il conserve une bonne efficacité jusqu’à des teneurs de 10 à 15 g/l. Il permet de contrôler en continu l’alcalinité libre, ce qui est important, car si la solution est trop concentrée, le métal est attaqué, et dans le cas contraire le dégraissage est insuffisant.
Le contrôle de l’alcalinité libre
La première solution consiste à effectuer des prélèvements séquentiels, et de pratiquer une analyse de laboratoire avec titration par de l’acide sulfurique ou chlorhydrique, et détection du point de virage de la phénolphtaléine (ou avec une électrode pH). Cette solution mobilise un technicien pour réaliser cette titration et ne permet pas une régulation en continu ; la deuxième consiste à utiliser un conductivimètre, mais celui-ci ne donnera pas une mesure spécifique de l’alcalinité et indiquera tout au plus une tendance ; la troisième solution consiste à utiliser un titrimètre en ligne. Un tel analyseur (FPA 300 — figure 1), dont le principe de mesure reprend en tout point la méthode de laboratoire, vient d’être mis au point.
[Photo : Fig. 1 : L’analyseur FPA 300.]
L’analyseur FPA 300
L’analyseur est schématisé sur la figure 2, sur laquelle sont détaillées ses diverses parties constituantes desservant la cellule d’analyse.
Son fonctionnement pendant les opérations de rinçage et capture d’échantillons, d’analyse et de calibration est explicité sur les figures 3, 4 et 5.
La titration
Une titration est une analyse chimique, où un volume de produit titrant, de concentration connue, est ajouté à un volume connu d’échantillon jusqu’à ce que le point final soit atteint. Celui-ci est déterminé soit par le virage d’un indicateur coloré, soit par une électrode de pH.
L’opération nécessite en laboratoire les manipulations suivantes :
- – rincer le bécher avec de l’eau,
- – verser un volume connu d’échantillon dans ce bécher (par pipette),
- – diluer l’échantillon avec de l’eau.
[Photo : Fig. 2 : Schéma de l’analyseur FPA 300.
1. Compartiment électronique
2. Compartiment du fluide
3. Arrivée de l'échantillon
4. Arrivée du titrant
5. Arrivée de la solution de calibration
6. Arrivée du réactif
7. Départ de la boue
8. Electrovanne d’échantillonnage
9. Cellule d’analyse
10. Electrovanne d’évent
11. Pompe volumétrique
12. Pompes péristaltiques
13. Agitateur magnétique]
• ajouter du titrant contenu dans une burette graduée jusqu’au pH déterminé,
• calculer la concentration de l’échantillon à partir du volume de titrant.
Principe du FPA 300
La cellule de réaction du FPA 300 est constituée par le bécher et la pipette du titrimètre. L’échantillon pressurisé entre dans l’analyseur à travers une électrovanne 3 voies (pression de 2 à 45 psi, débit de 50 à 750 ml/min). Quand le titrimètre demande une analyse, la vanne est activée, l’échantillon entre dans la cellule de réaction et ressort vers l’égout. L’échantillon est utilisé pour rincer la cellule. Après un certain volume (déterminé par le programme), le débit est stoppé et l’échantillon est volumétriquement capté. Du réactif est ensuite ajouté (de l’eau pour cet exemple), le titrant est alors introduit par une pompe volumétrique (ou burette), et une électrode pH détecte le point final.
La concentration est calculée et retransmise sur une sortie analogique ou en série (figures 3, 4 et 5).
Le titrimètre est entièrement programmable, et notamment pour :
• la fréquence des mesures,
• le volume de rinçage de la cellule,
• la fréquence de l’étalonnage,
• le volume de réactif,
• le ou les points finaux,
• les échelles de mesure,
• les alarmes.
Le programme permet également de faire un diagnostic de panne. La maintenance est limitée à la surveillance des niveaux des récipients (titrant et réactif).
L’alcalinité libre
Le titrage de l’alcalinité libre s’opère en fonction des données ci-après :
• échantillon : bain dégraissant,
• réactif : eau déminéralisée,
• titrant : acide sulfurique,
L’échantillon sous pression passe à travers une électrovanne 2 ou 3 voies.
L’échantillon est utilisé pour rincer et nettoyer la cellule de mesure et repart à l’égout.
Le débit est ensuite stoppé et l’échantillon est volumétriquement capturé dans la cellule de réaction.
[Photo : Rinçage et capture d’échantillon.]
REACTIF TITRANT
Le réactif est ajouté par une pompe péristaltique.
Le titrant est ajouté par une pompe volumétrique à piston (de grande précision).
Une électrode (pH ou Rédox) est utilisée pour détecter le point final de la titration.
Le volume de titrant est converti en unité de concentration et transmis par sortie analogique 4-20 mA ou RS-232C.
Une seconde pompe péristaltique est utilisée pour calibrer le titrateur.
[Photo : Dispositif d’analyse.]
- • détecteur : électrode de pH,
- • point final : pH = 8.
Des essais chez Renault ont démontré la fiabilité, la répétabilité et la précision des mesures (le même titrimètre peut titrer l’alcalinité libre et totale).
Cas du décapage
Le but du décapage des surfaces est de dissoudre les couches de corrosion. L’action néfaste est celle de l’attaque de la surface métallique elle-même, qui engendre une usure prématurée du bain, d’où une vidange plus fréquente et une augmentation du flux de pollution.
Le décapage des aciers
Les paramètres qui influent sur la vitesse de décapage d’un acier sont : la concentration en acide, la température du bain et la concentration en fer dissous (figure 3).
Pour contrôler l’efficacité du bain, il est nécessaire de suivre en continu la concentration en acide et la concentration en fer par un titrimètre.
Le titrage du fer
Il se caractérise comme suit, en opérant sur un échantillon constitué à partir du bain de décapage (figure 4) :
- • titrant : dichromate de potassium,
- • réactif : acide sulfurique 10 %,
- • détecteur : électrode de platine.
Le titrage de l’acidité
De même, à partir d’un échantillon du bain de décapage, on fait agir les paramètres ci-après :
STANDARD
Une seconde pompe péristaltique est utilisée pour amener un échantillon de concentration connue dans la cellule de mesure.
Une calibration périodique permet de s’affranchir de tout changement de volume de cellule, de débit titrant, de concentration titrant ou d’une dérive de l’électrode.
[Photo : Dispositif de calibration.]
- • réactif : eau déminéralisée,
- • détecteur : électrode de pH.
Conclusion
L’installation d’un titrimètre en ligne permettra donc d’apporter une contribution efficace au traitement des effluents d’ateliers de traitements de surface, tout en permettant :
- • d’améliorer la qualité de la production,
- • d’économiser les produits chimiques,
- • d’alléger la tâche du laboratoire,
- • et surtout de diminuer le flux de pollution grâce à l’espacement de la vidange des bains.
En outre, les économies réalisées conduisent à un amortissement rapide (de l’ordre de six mois) de l’installation du dispositif de titration.
