Comprendre la filtration › 5. Les procédés par secteur

CHAPITRE 5.4

Chimie et pigments

En chimie minérale, on fabrique souvent un solide en le faisant précipiter dans une solution. Il faut ensuite le récupérer, le laver de ses eaux mères, puis traiter les effluents. La toile travaille alors dans un milieu acide ou basique, souvent chaud, et doit rendre un produit pur.

Nicolas Ract · lecture 8 min · octobre 2026

Un exemple de procédé : le dioxyde de titane par voie sulfurique

Le dioxyde de titane est le pigment blanc des peintures, des plastiques et des papiers. Sa fabrication par le procédé au sulfate est un bon exemple de la place qu'occupe la séparation solide-liquide dans un procédé chimique. Selon une étude publiée par l'Agence fédérale allemande de l'environnement [1] :

• 1. L'attaque : le minerai (ilménite ou laitier titanifère) broyé est attaqué par l'acide sulfurique ; le gâteau obtenu est redissous dans l'eau ou dans de l'acide dilué recyclé.
• 2. La clarification : les solides insolubles sont séparés de la solution, autant que possible, par un épaississeur, puis par un filtre sous vide ou un filtre-presse. C'est une première filtration, où l'objectif est un filtrat limpide.
• 3. La cristallisation du sulfate de fer, par refroidissement sous vide, lorsque le minerai est de l'ilménite.
• 4. L'hydrolyse : l'hydrate d'oxyde de titane précipite sélectivement, vers 95 à 110 °C.
• 5. La filtration et le lavage de l'hydrate : l'hydrate est séparé de l'acide résiduaire par filtration, lavé, traité, puis filtré à nouveau. C'est la deuxième filtration, où l'objectif est la pureté du précipité.
• 6. La calcination de l'hydrate, entre 800 et 1 100 °C, qui donne le pigment.
• 7. Le traitement de l'acide résiduaire, d'une teneur de l'ordre de 20 à 22 % en acide sulfurique : il est concentré et recyclé, ou bien neutralisé au lait de chaux, ce qui produit du gypse [1].

Ce gypse de neutralisation est la troisième filtration. Une étude espagnole décrit un « gypse rouge » issu de la neutralisation des effluents acides faibles d'une usine de dioxyde de titane par la chaux : il est composé principalement de sulfate de calcium dihydraté et d'hydroxydes de fer, les auteurs proposent de le valoriser comme régulateur de prise dans le ciment, alors qu'il était jusque-là mis en décharge contrôlée dans le pays étudié [2].

Repères généraux : on retrouve ce schéma, clarification, précipitation, lavage, neutralisation, dans beaucoup de procédés de chimie minérale : sels métalliques, oxydes et hydroxydes, phosphates, pigments minéraux, catalyseurs.

Les équipements

• Les filtres-presses à chambres et à membranes, pour les précipités à laver et les gypses (voir les chapitres 2.1 et 2.2).
• Les filtres sous vide, pour la clarification et certains lavages en continu [1] (voir le chapitre 2.3).
• Les filtres-tours : les constructeurs citent le dioxyde de titane parmi leurs applications [4] (voir le chapitre 2.5).
• Les filtres à bougies : repères généraux, ils servent à la clarification fine des solutions.

Le lavage du gâteau, au cœur de la pureté

Un précipité filtré garde dans ses pores l'eau mère chargée de sels. Le laver, c'est remplacer cette eau mère par un liquide plus pur. Un article technique distingue trois régimes : le déplacement direct de l'eau mère, la diffusion des impuretés hors des pores, et un régime intermédiaire. L'efficacité se suit par le rapport de lavage, c'est-à-dire le nombre de volumes de lavage passés, en traçant la part d'impuretés restant dans le gâteau en fonction de ce rapport [3].

Selon le même auteur, le filtre-presse à chambres et membranes compte parmi les plus efficaces pour éliminer les impuretés avec peu d'eau, car le gâteau consolidé limite le retrait et les courts-circuits du liquide de lavage. Il note aussi que la répartition du lavage près de la toile dépend du support de toile propre à chaque dessin de plateau [3].

Expérience de terrain : une toile partiellement colmatée fait passer le liquide de lavage par les zones restées ouvertes. Le gâteau est alors bien lavé à certains endroits et pas à d'autres, et la pureté du produit dérive sans que l'on voie de défaut sur la toile.

Ce qui use ou colmate les toiles

• L'attaque chimique de la fibre : acides forts, bases, oxydants. Chaque fibre a ses limites (voir le chapitre 3.1).
• La température : de l'ordre de 80 à 90 °C en continu pour le polypropylène, 100 à 110 °C pour le polyamide, 130 à 135 °C pour le polyester selon un tableau de résistance des fibres [5]. Les solutions chaudes et les lavages à la vapeur doivent rester dans ces limites.
• Les précipitations dans le tissu : un sel qui cristallise au refroidissement, ou un gypse qui se forme dans les pores, crée une croûte (voir le chapitre 4.4).
• Les particules très fines des précipités, de l'ordre du micromètre, qui pénètrent dans le tissu.
• Expérience de terrain : les gypses sont réputés colmatants, et leur cristallisation dépend beaucoup des conditions de neutralisation (pH, température, temps de séjour). Un gypse mal cristallisé filtre mal, quelle que soit la toile.

Ce qui compte pour l'exploitant

• La pureté du produit : sels résiduels, traces de fer ou d'autres métaux, couleur. Pour un pigment, la blancheur est un critère commercial.
• La consommation de liquide de lavage : chaque volume d'eau de lavage est à pomper, puis à traiter ou à évaporer.
• La clarté du filtrat à l'étape de clarification : des solides qui passent se retrouvent dans le produit.
• La siccité des gypses et leur filière : valorisation, s'il existe un débouché, ou stockage payant.
• La disponibilité : le procédé est continu ; une filtration arrêtée bloque l'amont.

Les indicateurs à suivre

Le socle commun du chapitre 4.5 s'applique, avec des indicateurs propres à chaque étape :

Notez aussi chaque lavage chimique des toiles et son effet sur la durée de cycle : c'est lui qui montre quand le colmatage n'est plus réversible.

Choisir le média : points d'attention

• Lister les conditions réelles : pH, nature des acides ou des bases, oxydants, température maximale du produit et des lavages, produits de décolmatage. La fibre se choisit sur le cas le plus sévère (voir le chapitre 3.1).
• Une toile par étape : la clarification demande de la rétention, le précipité à laver une perméabilité homogène, le gypse un bon décollement et une résistance au colmatage (voir les chapitres 3.2 et 3.3).
• L'étanchéité des bords : une fuite d'acide en bord de plateau est un problème de sécurité autant que de rendement (voir les chapitres 4.3 et 3.4).
• Tester avant de généraliser : un essai d'immersion d'un échantillon dans le milieu réel, puis un essai sur quelques plateaux (voir le chapitre 6.2).