Dans un tel bain de satinage, l’aluminium est attaqué par la soude, selon la réaction :
2 Al + 2 NaOH + 2 H2O → 2 NaAlO2 + H2 (1)
La solubilité de l’aluminium dépend à la fois de la température et de la concentration en soude libre. Lorsque celle-ci baisse jusqu’à atteindre 25 % de la concentration totale en soude, l’aluminate de sodium s’hydrolyse et libère de la soude et de l’hydroxyde d’aluminium selon la réaction :
NaAlO2 + H2O → NaOH + Al(OH)3 (2)
Théoriquement, la soude libre libérée peut être utilisée pour continuer l’attaque ; malheureusement, si la réaction (2) n’est pas contrôlée, l’hydroxyde d’aluminium précipite sur les parois du réservoir contenant le bain de satinage.
Pour éviter cette précipitation incontrôlée, on ajoute des agents complexants (gluconates par exemple) aux bains de satinage. Leur présence rend la solution extrêmement visqueuse, ce qui induit des pertes par entraînement considérables.
Pour compenser ces pertes, des ajouts de soude importants doivent être continuellement effectués ; par ailleurs, la soude, éliminée par entraînement, doit être neutralisée avant son rejet en station d’épuration, opération qui est réalisée à l’aide de l’acide sulfurique employé dans les bains d’anodisation.
Il en résulte un volume considérable d’hydroxyde, qu’il faut éliminer avant rejet. Cet hydroxyde d’aluminium, après passage dans une centrifugeuse ou un filtre-presse, contient encore 85 % d’eau, d’où un grand volume occupé, ce qui conduit à des coûts de stockage et de mise en décharge importants.
La régénération des bains de satinage est basée sur un contrôle de la réaction (2) précédemment citée :
NaAlO2 + H2O → NaOH + Al(OH)3.
Lorsque cette réaction se produit de façon contrôlée, la concentration en aluminium dans le bain de satinage diminue, alors que la concentration en soude libre augmente, ce qui permet de continuer l’attaque du métal sans ajouts importants de soude.
En pratique, un faible volume de soude est ajouté à la solution pour compenser les pertes par entraînement. Néanmoins, la solution étant considérablement moins visqueuse que dans le cas d’un bain permanent, les pertes par entraînement sont beaucoup plus limitées. Avec un tel système, la consommation de soude peut être réduite d’environ 85 %.
La figure 1 présente un schéma-type de procédé, dans lequel la soude contenue dans le bain de satinage est envoyée en continu vers le cristalliseur, où cette solution est mélangée avec des cristaux d’alumine, ce qui amorce la réaction de cristallisation, permettant ainsi la régénération du bain. Le cristalliseur est dimensionné pour permettre la décantation des cristaux au fond de l’appareil. La solution de soude, purifiée, retourne par gravité vers le bain de satinage.
Les cristaux sont soutirés périodiquement du fond du cristalliseur, et envoyés vers un filtre-presse.
[Photo : Figure 1.]
duquel ils renferment 15 % d’eau seulement, ce qui montre clairement qu’ils ont une structure physique différente de celle des boues d’hydroxyde qui, elles, contiennent en moyenne 85 % d’eau.
Les avantages opératoires du procédé
Le procédé présente plusieurs avantages sur le plan de sa facilité de mise en œuvre.
Soutirage des cristaux
Le procédé continu de régénération du bain, et le soutirage des cristaux, fonctionnent de façon indépendante, ce qui permet d’augmenter la fiabilité globale du système. En effet, lors de la maintenance du filtre-presse, le procédé de régénération peut continuer à fonctionner, les cristaux s’accumulant provisoirement au fond du cristalliseur.
Volume du cristalliseur
Le volume du cristalliseur, qui représente approximativement deux fois celui du bain de satinage, sert de tampon et amortit les possibles changements dus aux différentes conditions opératoires.
Si, par exemple, une variation du rythme de production entraîne la variation du taux de dissolution d’aluminium, et induit un changement dans la composition du bain de satinage, le grand volume de solution présent dans le cristalliseur permet d’amortir ces changements brutaux, et d’assurer ainsi des conditions opératoires stables.
Aspect de surface
Les agents complexants, présents dans les bains permanents, ne permettent pas la régénération du bain ; ils étaient néanmoins jusqu’à présent nécessaires à l’obtention d’un aspect de surface compatible avec les exigences françaises.
Notre nouveau procédé, EURO-ETCH, utilise une formulation du bain de satinage qui permet la régénération de ce bain, tout en continuant de produire un aspect de surface comparable à celui obtenu en utilisant un bain permanent.
Consommation de soude
La consommation de soude, dans les usines utilisant le procédé, a été réduite de 80 à 85 %. Par ailleurs, l’exploitant réalise une économie supplémentaire, en cessant d’utiliser des agents complexants.
Opérabilité et maintenance du système
En marche normale, une analyse du contenu en soude et en aluminium du bain de satinage et du cristalliseur doit être effectuée une fois par quart. Cette analyse, qui ne présente aucune difficulté particulière, peut être réalisée en ½ h. Une fois par semaine, le filtre-presse doit être lavé (durée : 30 mn). Une fois par mois, les chicanes de débordement du cristalliseur doivent être nettoyées.
Une inspection annuelle de la cuve du cristalliseur est par ailleurs recommandée.
Revente du cristal d’alumine
En Amérique du Nord, le cristal produit est revendu. Un de ses principaux débouchés est la production de sulfate d’aluminium. Une analyse-type du produit est présentée sur le tableau I.
Tableau I
Caractéristiques chimiques du cristal
| Aspect : | Poudre blanche |
| Perte à 105 °C : | 5,2 % |
| Perte à 800 °C : | 37 % |
| Aluminium (Al₂O₃) : | 61 % |
| Silicium (SiO₂) : | 0,6 % |
| Fer (Fe₂O₃) : | 0,1 % |
| Magnésium (MgO) : | 0,2 % |
| Soufre (SO₃) : | 0,1 % |
| Phosphore (P₂O₅) : | 0,0 % |
| Calcium (CaO) : | 0,0 % |
| Sodium (Na₂O) : | 0,0 % |
| Cuivre (CuO) : | 0,0 % |
| Taille des particules : | |
| > 105 microns : | 0,5 % |
| > 53 microns : | 44,4 % |
| < 53 microns : | 55,6 % |
Réduction du volume des boues
Le tableau II résume la réduction constatée du volume des déchets produits.
Tableau II
Volume de déchets produits avec un système de régénération de soudeBase : 100 m² de surface traitée
| Épaisseur d’attaque (par face) : | 25 microns | 38 microns |
| Aluminium dissous dans le bain de satinage : | 6,77 kg | 10,11 kg |
| Aluminium dissous dans le bain d’anodisation : | 0,75 kg | 0,75 kg |
| Tonnage de boues produites sans régénération : | 145 kg | 211 kg |
| Tonnage de boues produites avec régénération : | 27 kg | 27 kg |
| Production de cristal : | 19 kg | 30 kg |
Bilan acido-basique
En installant un système de régénération du bain de satinage, l’exploitant modifie son bilan acido-basique.
Un complément quasi indispensable du système de régénération du bain de satinage est donc une unité de purification d’acide (APU). Ce type d’unité, qui utilise une technologie reconnue depuis de nombreuses années, est aisément disponible.
Économies globales réalisées
Un système complet de régénération tel qu’il est décrit dans le présent article entraînera pour l’exploitant les économies suivantes :
- - 80-85 % de réduction des achats de soude,
- - 80-85 % de réduction du volume des boues produites,
- - revente possible du cristal d’alumine.
Un temps de retour sur investissement, compris entre deux et trois ans, est généralement constaté sur ce type d’installation.
