chaux

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La chaux est le réactif le plus fréquemment rencontré en traitement d’eau. Elle est livrable sous deux formes :

  • chaux vive : CaO ;
  • chaux éteinte (ou hydratée) : Ca(OH)2.

Attention, dans les deux cas, ces réactifs contiennent de 4 à 20 % d’impuretés solides (CaCO3, SiO2…) qui doivent être éliminées lors de la mise en œuvre.

chaux vive

extinction de la chaux vive

La chaux vive est utilisée dans le traitement des eaux surtout sous forme de poudre. Ses avantages sur la chaux éteinte sont :

  • prix moins élevé ;
  • plus grande richesse en CaO que la chaux éteinte, densité apparente plus élevée, ce qui implique de moindres coûts de transport et de stockage (chaux vive : densité apparente : 0,7 à 1,2, chaux éteinte : den­sité apparente : 0,3 à 0,6).

En revanche, la chaux vive présente deux inconvénients :

  • investissement supplémentaire à consentir pour assurer une bonne extinction;
  • qualité des chaux vives souvent plus variables que celle des chaux éteintes.

L’extinction de la chaux vive suit la réaction :

Formule : chaux - extinction chaux vive

Cette réaction est exothermique et la chaleur dégagée à 25 °C est de 275 kcal par kg CaO (voir section constantes caractéristiques de solution).

La réactivité chimique du lait de chaux liée à la finesse de la suspension est fonction de la température d’extinction. Celle-ci doit être la plus élevée possible, avec donc un apport d’eau minimal.

chaux vive en poudre

Les chaux vives utilisées pour le traitement des eaux et des boues répondent généralement aux spécifica­tions suivantes :

  • teneur en :
    • CaO > 90 %,
    • MgO < 1,5 %,
    • SiO2 < 1,5 % ;
  • réactivité à l’eau : temps inférieur à 25 min pour atteindre 60 °C à partir d’un mélange 150 g chaux/600 g eau à la température initiale de 20 °C ;
  • chaux fine ou tamisée (granulométrie 0-90 mm).

Pratiquement, deux types de préparation sont utilisés :

  • extincteur de pâte (avec énergie de mélange élevée) : on mélange trois à quatre parties d’eau à une par­tie de chaux, l’élévation de température est maximale et le temps d’extinction court. L’apport d’eau est fonction de la viscosité de la pâte (couple du malaxeur) et/ou de la température ;
  • extincteur de suspension : la concentration recherchée en Ca(OH)2 du lait de chaux est comprise entre 50 et 200 g · L–1 ; le capteur de température agit, en sécurité, sur l’arrivée de chaux. Ce type d’installation (figure 10), bien qu’ayant un rendement moindre, est plus simple et plus facile à automatiser, ce qui réduit les contraintes d’exploitation, de sécurité et d’entretien.
lait chaux viveImage sécurisée
Figure 10. Schéma d’installation de préparation de lait de chaux à partir de chaux vive

Attention : ne jamais arrêter les agitateurs dans les bacs n° 1 et 2 contenant encore du lait de chaux sinon risque de sédimentation de la chaux avec prise en masse.

chaux vive en granulés (0-20 mm)

On peut utiliser un extincteur à pâte comportant une chambre d’extinction à auge fixe horizontale, avec système de malaxage à pales et une chambre de dilution et d’évacuation mécanique des incuits.

chaux en roche (10-60 mm)

On peut utiliser :

  • un système continu de grande capacité (1-10 t·h–1) comprenant :
    • un tambour cylindrique horizontal à rotation lente équipé de pales de brassage et de paniers de rele­vage de la chaux et d’une séparation primaire ;
    • un épurateur à extraction mécanique des incuits ;
  • un système par bâchées de petite capacité (1-2 t · j–1), appareil rustique à écrasement des roches par masselottes ou pales racleuses suspendues.

préparation de lait de chaux à partir de chaux vive

La chaux éteinte est généralement utilisée sous forme de lait de chaux, qui est une suspension aqueuse de particules d’hydroxyde de calcium. La concentration en est normalement comprise entre 50 et 100 g· L–1 par commodité d’utilisation ; en effet :

  • pour C > 100 g · L–1 : risques de dépôts et bouchages ;
  • pour C < 50 g · L–1 : risques de carbonatation.

stockage de chaux pulvérulente

En sacs de 25 kg ou en silo, selon la taille de l’installation. En France, les silos ont de préférence une capa­cité minimale de 50 m3, correspondant à la charge utile maximale des camions (25 tonnes).

Les silos comportent à la partie inférieure un dispositif de dévoûtage. Les dévoûteurs mécaniques sont généralement préférés aux insufflations d’air de fluidisation.

transfert de chaux pulvérulente

Les modes de transfert sont dans l’ordre préférentiel :

  • gravitaires (chaque fois que possible) ;
  • mécaniques (généralement par vis) ;
  • pneumatiques (sur courtes distances, par exemple pour le dépotage des camions-citernes).

dosage

  • chaux en poudre

La quantité de chaux pulvérulente arrivant sur les bacs délayeurs est mesurée soit par des doseurs volu­métriques (vis ou vannes alvéolaires), soit par des doseurs gravimétriques (trémies peseuses).

  • lait de chaux

Le lait de chaux est préparé à concentration sensiblement constante dans des bacs délayeurs à agitation mécanique tels que ceux illustrés figures 7 ou 8, à partir d’une eau à dureté bicarbonatée modérée (caractère entartrant).

La distribution est réalisée par pompes :

  • volumétriques (doseuses ou à rotor excentré) ;
  • centrifuges, alimentant de préférence une boucle de distribution munie de vannes automatiques d’injec­tion, fonctionnant en « tout ou rien » (figure 11). Dans ce cas, le dosage est souvent assuré par la cadence d’ouverture de ces vannes, par exemple à partir des indications d’un pH-mètre.
Boucle distribution dosage lait chauxImage sécurisée
Figure 11. Boucle de distribution et de dosage de lait de chaux

précautions particulières d’'exploitation (colmatage)

Le lait de chaux étant une suspension de particules, celles-ci sont susceptibles de décanter dès l’arrêt de l’agitation ou de sa circulation : les dépôts en résultant peuvent bloquer les organes mécaniques sur les­quels ils se déposent, ex. clapets, vannes, pompes doseuses… Le lait de chaux nécessite donc le respect de précautions particulières pour la réalisation et l’exploitation des postes de préparation et de distribution. Par exemple :

  • utilisation de canalisations en matières souple (caoutchouc) ou facilement démontables ;
  • diamètres des tuyauteries assurant un compromis entre :
    • une section de passage suffisante (bouchage) ;
    • une vitesse de circulation correcte (dépôts) ;
  • rinçage à l’eau claire après chaque arrêt.

eau de chaux

L’eau de chaux (solution saturée de chaux) est fréquemment utilisée dans les stations d’eau potable. Son titre, qui dépend de la température de dissolution, est d’environ 220 °F de TAC à 20 °C. Ceci correspond à une concentration en Ca(OH)2 de 220 × 7,4 mg · L–1, soit 1,6 g · L–1 (tableau 28 de la section constantes caractéristiques de solution).

L’eau de chaux est préparée à partir de lait de chaux dans un appareil appelé saturateur, qui assure à la fois :

  • la mise en solution de la chaux ;
  • l’élimination des impuretés et des boues de carbonates.

saturateur statique

Cet appareil permet d’obtenir une solution saturée de chaux, en faisant passer de l’eau à travers un lit de chaux, pendant un temps de contact suffisant pour permettre la saturation de cette eau.

Le lait de chaux est préparé en discontinu. Il est injecté par gravité ou par pompage à la partie inférieure du saturateur après qu’on ait, au préalable, baissé le niveau dans ce dernier et évacué les boues de carbo­nate et les impuretés par la vidange. Cette recharge en lait de chaux s’effectue en général toutes les 24 heures.

Après un temps de décantation, l’eau à saturer arrive lentement à la partie inférieure de l’appareil et l’eau saturée est reprise en surface.

Le saturateur peut débiter, sous forme d’eau de chaux saturée, 1,3 à 1,6 kg de Ca(OH)2, par heure et par mètre carré de surface.

saturateur à turbine

Cet appareil (figure 12) permet d’obtenir, pour une même surface, un débit d’eau de chaux plus élevé que celui du saturateur statique, soit 3,2 à 4 kg de Ca(OH)2, par heure et par mètre carré de surface.

Le lait de chaux est préparé en continu ou en discontinu, mais distribué obligatoirement en continu. Il est injecté par gravité ou par pompage dans la tuyère de recyclage des boues ou dans la tuyauterie d’arrivée d’eau de dissolution.

Saturateur chaux turbineImage sécurisée
Figure 12. Saturateur de chaux avec turbine. Schéma de principe. Préparation gravitaire

Le recyclage est effectué par hélicomélangeur (7) placé à la partie haute de la tuyère dans laquelle arrive également l’eau à saturer (1) et où s’effectue le mélange intime eau + lait de chaux + boues de carbonates. L’appareil fonctionne avec un lit de boues dont le niveau est réglé par le seuil des concentrateurs où se déversent ces boues.

L’extraction de ces dernières s’effectue habituellement par les tuyauteries des concentrateurs (5) et excep­tionnellement par la vidange (4) (boues lourdes). On notera que l’on peut pour cet usage, utiliser tous nos appareils à lit (Pulsator) et surtout à recirculation de boues :

  • Saturateur à turbine de la photo 7 ;
  • Circulator ;
  • Turbocirculator ;
  • Densadeg intéressant pour les gros débits d’eau de chaux.

On notera que l’addition de chlorure ferrique en très faible dose accroît encore la teneur en CaO de l’eau de chaux.

Lisbonne-Asseiceira quatre saturateurs chauxImage sécurisée
Photo 7. Installation de Lisbonne-Asseiceira (Portugal). Quatre saturateurs de chaux. Capacité : 1 200 kg ·h–1 de chaux

Les saturateurs de chaux peuvent également travailler en dissolveurs de chaux en deçà de la saturation.

La figure 13 montre la disposition générale d’un poste complet de préparation de lait et eau de chaux (bac délayeur et saturateur) fréquemment rencontrée sur les installations d’eau potable de taille petite ou moyenne (chaux en sacs et dessacheuse ou big-bag).

poste chaux eau potableImage sécurisée
Figure 13. Ensemble de poste complet de chaux (eau potable)