Mécanisme de formation du tartre et influence de la température

Mechanism of scale formation and temperature influence

Laboratoire de chimie analytique. Université Montpellier II Place E Bataillon 34095 Montpellier Cedex 5

Résumé

La formation du tartre reste un problème économique majeur aussi bien dans l'industrie que dans les installations domestiques. L'existence d'un domaine métastable des solutions sursaturées en carbonate de calcium, et surtout sa rupture, sont souvent constatées. Nous proposons un nouveau modèle d'évolution du système calco-carbonique qui tient compte des formes hydratées de CaCO₃ : CaCO₃ amorphe, CaCO₃,6H₂O (ikaïte) et CaCO₃, H₂O. D'après ce modèle, bien que ces espèces soient les formes du carbonate de calcium les plus solubles, c'est la précipitation transitoire de l'une ou l'autre qui serait, selon le cas, à l'origine de la rupture de l'état métastable, avant que le système évolue vers la formation des formes solides anhydres.

L'étendue du domaine métastable des solutions sursaturées en carbonate de calcium est d'abord étudiée par l'élaboration de programmes informatiques dans lesquels est prise en compte la formation en solution du complexe CaCO₃⁰, nH₂O. Ce complexe est susceptible d'évoluer par déshydratation pour former les différents précurseurs des formes solides du carbonate de calcium. Cette étude thermodynamique est alors confrontée à la méthode expérimentale du pH critique.

Il apparaît que les conditions expérimentales du test du pH critique influent sur la valeur de la sursaturation maximale atteinte avant rupture de l'état métastable. Cela met bien en évidence le vieillissement probable des précurseurs des phases solides mis en jeu dans le modèle.

L'application de ce modèle au cas des circuits de refroidissement permet d'envisager une optimisation de la gestion des traitements antitartres.

Abstract

Limescale formation in industrial or domestic installations is still an important economie problem. The existence of the metastable domain of calcium supersaturated solutions, and especially its breakdown, is observed. We proposed a new model of evolution for the caloc-carbonic system that takes into account the hydrated forms of CaCO₃: CaCO₃ amorphous, CaCO₃,6H₂O (ikaïte) and CaCO₃, H₂O. According to this model, it is the precipitation of one or other of theses forms which could be responsible for the breakdown of the metastable state.

After this first step, the precipitates evolve to deshydrated solid forms.

Initially, the metastable domain spread of the calcium carbonate supersaturated solutions was studied through the elaboration of computer programs in which the formation of CaCO₃⁰, nH₂O ion pair was taken into account. This ion pair is supposed to evolve throuh dehydratation to form the various calcium carbonate solid form precursors. This thermodynamic study is then confronted with the xeperimental methos of the critical pH. This clearly illustrates the probable aging of the precursors of the solid states which are considered in this model.

Its appears that the experimental conditions of the critical pH test influence the maximum sursaturation reached before metastable state breakdown. When the amorphous calcium carbonate precipate, reaction kinetic is homogeneous type whereas, in general case, CaCO₃, H₂O would precipitate. In this last case, the kinetic would heterogenous type.

From the application of this model to cooling circuits it is possible to envisage the optimization of the management of anti-lime scale treatments.