précipitation Ca et Mg avec soude

[manurousseau]

bonjour

je dispose d'une eau très dure (calcium 110 mg/l et magnesium 24 mg/l)
je voudrais (dans 1 bac d'1 m³) faire précipiter tout le calcium et le magnesium avec de la soude

quelle quantité de soude dois-je mettre pour que tout précipite ?
est-ce que cette quantité dépend de mon taux de calcium ou est-ce que ce sera pareil pour n'importe quel taux ?
y a-t-il une quantité à calculer pour garder 5 mg/l de calcium au final ?

on peut apparemment faire ça avec de la soude (NaOH) ou du carbonate de soude (Na2CO3)
j'imagine que ce ne sera pas alors les mêmes quantités si j'utilise un produit ou un autre ...(?)

merci
manu

[ecolami]

Bonjour,
Il ne faut pas employer de soude NaOH mais du Carbonate de Sodium. 1 mole de Na2CO3 précipitera un atome de Calcium, idem avec le Magnésium.
Si ces métaux sont dissous sous forme de bicarbonate l'addition d'une quantité "exactement" calculée provoquera la conversion en carbonate insoluble. Mais ce sera bien délicat. Remarque le chauffage de l'eau permet aussi de précipiter les carbonates par élimination du CO2.
Le problème avec le carbonate ou l'hydroxyde de sodium c'est qu'ils augmentent le pH et il n'est pas possible de boire l'eau ensuite (enfin à la limite si le pH n'a pas trop monté ce sera possible mais désagréable.)

[manurousseau]

OK merci ecolami

tu préconise plutôt le carbonate de soude donc ... mais à quelle quantité ?
pour le PH qui augmentera, j'étais au courant, mais ce n'est pas un problème vu que c'est pour une culture d'algues qui doit justement avoir un PH élevé (voisin de 10)

merci
manu

[Maurice]

Ton eau a une teneur en calcium de 110 mg/l et magnesium 24 mg/l. Cela correspond à 0.0025 mol/L de Ca, et 0.001 mol/L de Mg. Il faudra donc rajouter 0.0025 + 0.001 = 0.0035 mole de soude Na2CO3 dans ta solution pour faire précipiter Mg et Ca.
Comme 1 mole de Na2CO3 pèse 106 g, 0.0035 mole de Na2CO3 pèseront : 0.371 g de Na2CO3. Il faudra donc ajouter 0.371 g de Na2CO3 par litre d'eau, et 371 g de Na2CO3 dans 1 mètre cube. Le problème de l'homogénéisation de ta solution restera à obtenir, et ce n'est pas facile pour un grand volume comme 1 m3.
Mais il faut bien te dire que 371 g pour 1 m3 est un minimum. Ta solution contient probablement du gaz carbonique CO2 en solution. Ce gaz carbonique possède la propriété d'acidifier l'eau et de réagir avec Na2CO3, qu'il transforme en bicarbonate de sodium NaHCO3. Et le bicarbonate ne fait pas précipiter le calcium. Il faudra donc d'abord détruire ce CO2 dissous. Et c'est difficile de dire combien de ce CO2 se trouve dissous dans ton eau.
En général on considère qu'il y a 0.03% CO2 dans l'eau (= 0.3 g/L = 0.007 mol/L). C'est le double de la quantité de Mg et Ca. Il faudra donc ajouter le double de Na2CO3 (0.007 mol/L) pour commencer par détruire ce CO2, et bien sûr ajouter 0.0035 mol/L pour détruire les ions ca et Mg.
Cela multiplie le taux de Na2CO3 que je viens de calculer par 3.
Il faudra donc ajouter 3 · 371 g = 1113 g de Na2CO3 par mètre cube d'eau.
A titre de précaution, moi je rajouterai 1,5 kg de Na2CO3 par mètre cube d'eau.
Dis-toi bien que ta solution devra devenir toute trouble, à cause de tout le CaCO3 et MgCO3 qui précipitera. Comment vas-tu éliminer ce trouble ?

[ecolami]

Bonsoir,
Je ne sais pas si l'ajout d'un excès de carbonate sera souhaitable: en effet au départ la solution contient à priori du bicarbonate de Ca et Mg soluble peut être du sulfate Ca et Mg et l'ajout du carbonate suffira peut-être a tout précipiter (=il y aura "enfin" des ions carbonates). De plus l'ajout d'ion carbonate une solution ayant des ions bicarbonate (=hydrogènecarbonate) forme un tampon.
Si la relative acidité prime sur la précipitation il conviendra d'ajouter de préférence l'exacte quantité de NaOH pour optimiser la pécipitation.

[Maurice]

Ecolami a raison. Il vaudrait mieux rajouter l'exacte quantité de NaOH. Mais la manutention de cette substance est plus délicate, à cause de son caractère corrosif.
Le problème revient alors sur la manière de calculer ce qu'on entend par "exacte quantité".
Il me semble qu'il faudrait d'abord rajouter, en mole, autant de moles de NaOH que l'eau contient d'ions Ca et Mg, donc 0.0035 mol/L, selon mes calculs de hier à 22:21. Et il faudrait rajouter ensuite, un nombre de moles de NaOH égal au double du nombre de moles de CO2 dissous, donc 0.014 mol/L. En tout, cela correspond. à 0.0175 mol/L, c'est-à-dire 0.7 g NaOH par litre d'eau, et bien sûr 700 g NaOH par mètre cube.

[horuse10]

chers amis,

après avoir calculer via le Ks la concentration de OH- nécessaire à la précipitation de Ca2+ et Mg2+ j'ai additionné ces concentrations en OH-

grâce au Ke on trouve [H3O+] ce qui nous donne alors un pH de 12.65

pour 1000 L d'eau il faudrait 45.08 mol de soude soit : 1803.2 g de soude arrondi au supérieur

reste pour le CO2

le plus simple étant certainement de préparer une lessive de soude concentrée puis de la verser dans un volume d'eau dure jusqu'à atteindre le pH de 12.7 ensuite on devra certainement filtrer sur célite ou verre fritté

[Maurice]

Je ne suis pas très sûr d'avoir compris l'intervention de Horus.
Mais j'ai presque peur que Horus n'ait pas compris le but du travail. Il semble qu'il ait cherché à calculer la quantité de ion OH- à rajouter à une solution contenant des ions Calcium et Magnésium jusqu'à faire précipiter les hydroxydes correspondant. Il faudrait dans ce cas, ajouter une quantité énorme de NaOH, car Ca(OH)2 est assez soluble dans l'eau. Pour atteindre le pH de 12.65 qu'il prétend avoir trouvé, il faudrait ajouter plusieurs kilogrammes de NaOH par m3, et tout ceci pour éliminer quelques grammes de calcium et de magnésium. C'est déraisonnable.
Et ce n'est pas le but de la demande initialement faite. Au début Manurousseau voulait faire précipiter les carbonates, qui sont eux très peu solubles.
Ecolami a sagement proposé d'ajouter un peu de NaOH. Mais ce n'était pas pour faire précipiter Ca(OH)2. C'était pour transformer les ions hydrogénocarbonate en ion carbonate, lesquels font précipiter Ca et Mg en totalité.

[horuse10]

en effet Maurice mon idée était de précipiter ces hydroxydes et cela nécessiterais environ 1kg800 de soude par m^3 d'après mes calculs en négligeant le CO2


si le but est juste de réduire la dureté et non pas de la supprimer on peut envisager l’adoucisseur !