Démétallisation de l'acide phosphorique par des résines échangeuses d'ions

L’acide phosphorique, produit à partir de la roche de phosphate, est principalement destiné à la production de fertilisants. La roche de phosphate contient des métaux lourds, qui, sans procédé d’élimination, se retrouvent dans l’acide phosphorique et par conséquent dans les engrais. Ces métaux lourds peuvent avoir des effets négatifs pour la santé, d’où l’imposition d’une limite de l’Union européenne sur le cadmium, dans les engrais, de 60 mg/kg de P2O5, jusqu’à l’atteinte de 20 mg de Cd/ kg P2O5 pour 2032 pour la Commission européenne ou 2036 pour le Parlement européen. L’élimination de ces métaux est plus facile lorsqu’ils sont sous forme ionique, en solution, que lorsqu’ils sont sous forme solide dans la roche de phosphate. À la suite d’une analyse de plusieurs méthodes de traitement de l’acide phosphorique, une des méthodes préconisées pour être utilisée industriellement est l’échange ionique à l’aide de résine échangeuse d’ions. La résine étant sensible à l’acidité de la solution, il est préférable de traiter l’acide phosphorique 29 % P2O5 que lorsqu’il est plus concentré. La résine choisie pour réduire la concentration en Cd, Zn, Ni, Cr, As et V de l’acide phosphorique est l’Amberlite IRC200 Na qui est une résine cationique fortement acide et commerciale. Cette résine permet d’adsorber la majorité des ions divalents et des ions de chrome présents en solution, soit plus de 95% de la concentration initiale avec un dosage de 0.5 kg/L en 10 minutes en mode cuvée. La concentration finale en cadmium est alors de 1.1 mg Cd/kg P2O5, ce qui est plus bas que la limite de 20 mg Cd/kg P2O5 imposé par l’Union européenne. Les tests expérimentaux ont été effectués en mode cuvée, pour avoir une meilleure étude fondamentale de la cinétique et de l’isotherme en minimisant le transfert externe. Ceux-ci ont permis de trouver un modèle cinétique de pseudo-second ordre et un modèle isotherme de Langmuir. La capacité d’adsorption maximale de cette résine industrielle (160 mg Cd/g, 50mg Zn/g et 40 mg Ni/g) est supérieure à celle d’autres résines étudiées incluant des résines imprégnées par des solvants pour améliorer leur capacité d’adsorption. L’avantage de procédé d’adsorption par résine c’est que celle-ci est régénérable à partir d’une désorption acide (HCl ou H2SO4) des métaux.