Influence of clay suspensions on scaling

Influence des particules d'argile sur l'entartrage

¹ LM3, CNRS UMR 8006, ENSAM, 151, Boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris - France
² CRECEP, Centre de Recherche Et de Contrôle des Eaux de Paris, 156 avenue P.V. Couturier, 75014 Paris

Abstract

Scaling problems have been intensively investigated using carbonically pure water (i.e. synthetic water containing only calcium and carbonates ions) or natural water which only contain few particle suspensions. Nervertheless, industrial water can contain a lot of materials in suspension, especially when the water is taken from rivers. Thus, the objective of the present study is to characterise the interactions between clays in suspension and scaling phenomenon.

In order to estimate the effect of clays in suspension, we first performed Rapid Controlled Precipitation assays (RCP). This method can evaluate the effect of an addition of clay in suspension on the CaCO₃ nucleation-growth kinetics in calcifying water. In this way we found that, whichever clay used, process kinetics always slowed down.

Secondly, gravimetric scaling experiments on polyethylene were achieved. Now, results are much more contrasting. It appears that some clay like smectite leads to a high slowdown of scaling. In addition, calcium carbonate weakly deposits while clay deposits a littie. With other clay like kaolinite or granitic clay, the deposit consists of CaCO₃ with clay.

Finally, some clay does not deposit on polyethylene at all and has almost no inhibition effect on scaling (case of a natural clay)

We noticed that the antiscaling effect of clays is maximum if the clay displays the maximum quantity of suspended materials as well as a highly negative potential ζ.

We should précise that if the nucleation-growth phenomenon is slowed down by clay suspensions, the deposit quantity obtained is not always minimised. This is due to the fact that some clays can also deposit themselves.

Résumé

Les études scientifiques sur l'entartrage ont généralement été faites à partir d'eaux synthétiques carboniquement pures, ou à partir d'eaux naturelles destinées à la consommation humaine. Or, toutes ces eaux ne contiennent que très peu de matière en suspension (MES). En revanche, les eaux industrielles peuvent contenir beaucoup de MES, surtout lorsqu'il s'agit d'eaux prélevées dans des rivières ou des fleuves. Le présent travail a été réalisé dans le but de déterminer quelles pouvaient être les interactions entre des argiles en suspension et les phénomènes d'entartrage. Pour évaluer l'action de ces suspensions argileuses, on a tout d'abord utilisé la méthode de Précipitation Contrôlée Rapide (PCR). Cette méthode permet de déterminer l'influence d'un ajout d'argile en suspension sur la cinétique de germination-croissance du carbonate de calcium dans une eau calcifiante déterminée. Ceci a permis de montrer que, quelle que soit l'argile utilisée, on obtenait un ralentissement de cette cinétique.

Dans un second temps, on a procédé à des essais d'entartrage gravimétrique sur des anneaux de polyéthylène. Les résultats obtenus sont plus contrastés. Avec certaines argiles, comme les smectites, l'entartrage est fortement ralenti et l'on ne dépose pratiquement pas de carbonate de calcium, mais un peu d'argiles. Avec d'autres argiles, comme la kaolinite ou une argile granitique, le dépôt obtenu est mixte, constitué de CaCO₃ et d'argile. Enfin, certaines argiles ne se déposent pas sur le polyéthylène et n'ont pratiquement pas d'effet inhibiteur (cas d'une argile naturelle). Il faut noter également que l'effet " antitartre " des argiles est maximum pour l'argile qui donne le maximum de matière en suspension, tout en ayant un potentiel ζ fortement négatif. Il convient de préciser que si dans tous les cas la germination-croissance du carbonate de calcium est ralentie, ce ralentissement n'est pas à lui seul un critère de limitation des dépôts (tartre + argile).