Charbon actif

Désigne un matériau poreux à haute capacité d'adsorption, obtenu par la carbonisation de végétaux ou de minéraux. Le charbon actif est produit à partir de matières carbonées d'origine végétale ayant subi un traitement thermique appelé activation. Toutes les matières carbonées peuvent être utilisées, mais différents critères économiques réduisent le choix aux : bitume, tourbe, houille de bois, coque de noix de coco. Pour produire du charbon actif, deux procédés sont utilisés : - Physique : carbonisation, puis activation (à 800 / 1.000 °C sous atmosphère contrôlée, en présence de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau) avec un rendement de 10 à 15 %. - Chimique (surtout à partir de bois) : déshydratation par un agent chimique, carbonisation et activation (à 400 / 600 °C) simultanées avec un rendement de 40 %. Un traitement à très haute température lui donne une structure hexagonale, analogue à celle du graphite, permettant l'adsorption des micro-éléments sur les surfaces externe et interne du charbon. Il existe en poudre ou en grains. Il est utilisé en traitement des eaux pour l'élimination des goûts, des odeurs, des micro-polluants : phénols, métaux lourds, hydrocarbures, détergents, pesticides, etc. Coût du charbon actif : 600 à 760 € le m3, ou 50 à 80 % de ce prix pour du régénéré. Les principaux critères de choix du charbon actif sont : - Le rapport entre la masse d'adsorbant et la masse adsorbée d'un même composé qui peut varier de 0,5 à 1,5 (de 1 à 3) selon le charbon utilisé. - La porosité : le diamètre des pores varie en fonction du matériau de base et de la durée du processus d'activation. Plus la porosité augmente, plus la densité diminue. - La dureté et la résistance à l'abrasion : l'abrasion se produit lors du maniement du charbon ou à l'occasion de variations de pression dans les filtres. Elle provoque un effritement des grains, un tassement dans le filtre. Dans un processus bien contrôlé, le charbon à base de coques de noix de coco est le plus résistant. En phase liquide, les charbons à base de bois peuvent être aussi résistants. - La densité : les charbons les moins denses sont à base de bois. - Le degré d'activation : plus un charbon est activé (temps d'activation), plus il développe une surface spécifique et plus sa capacité d'adsorption est élevée : plus activé en profondeur, plus il a de pores. - L’imprégnation : l'imprégnation des charbons avec des métaux ou des sels minéraux permet d'obtenir une forte sélectivité, et de doubler l'adsorption physique par une adsorption chimique. - Sa présentation (poudres, granulés, billes) : les granulés peuvent être régénérés et sont utilisés dans des filtres. Les billes peuvent également être régénérées. La poudre peut être récupérée par filtration ou décantation. - Sa granulométrie : définir la granulométrie en fonction du filtre, de la perte de charge maximale admissible et du temps de contact nécessaire. - Ses impuretés : ils peuvent contenir des impuretés qu'il est possible d'éliminer : cendres, humidité, matières volatiles. - Sa maintenance ou régénération : régulièrement, le carbone (en filtres) est nettoyé par rétrolavage, pour éviter la saturation d'adsorption. Pour un nettoyage en profondeur, notamment dans le cas de charbon chargé en COV, on utilise la vapeur. Les charbons chargés en hydrocarbures peuvent être régénérés thermiquement, à 800-900°C. Dans le cas de traitement d'eau, on procède à un lavage à l'eau ou à l'acide, puis à une désorption à chaud. Un charbon régénéré est mélangé à du charbon neuf à 10-20 % (procédé du make-up), afin que ses caractéristiques soient proches de ce qu'elles étaient initialement. Le nombre de régénérations doit être limité à moins de 5, car baisse de qualité.