| Struvite Catégorie VIII : phosphates, arséniates, vanadates[1] | |
 Struvite d'une usine de préparation chimique à Hanovre (Allemagne). Largeur de l'image : 7,5 mm. | |
| Général | |
|---|---|
| Nom IUPAC | azane ; magnesium ; phosphoric acid ; hexahydrate |
| Numéro CAS | 15490 |
| Classe de Strunz | 8.CH.40 8 PHOSPHATES, ARSENATES, VANADATES |
| Classe de Dana | 40.01.01.01 Phosphates, arséniates et vanadates 40.1.1.1Struvite Mg(NH4)(PO4) · 6H2O |
| Formule chimique | H16MgNO10PNH4MgPO4 • 6 H2O |
| Identification | |
| Masse formulaire[2] | 245,4065 ± 0,0049 uma H 6,57 %, Mg 9,9 %, N 5,71 %, O 65,2 %, P 12,62 %, |
| Couleur | Incolore, blanc, blanc jaunâtre, blanc brunâtre, jaune à marron, ou gris clair ; blanc ou terne après déshydratation |
| Système cristallin | Orthorhombique |
| Réseau de Bravais | a = 6,945 Å b = 11,208 Å c = 6,135 Å Z = 2 volume de maille =477,58 Å3 |
| Classe cristalline etgroupe d'espace | pyramidale mm2, P mn21 |
| Clivage | Parfait sur {100}, bonne sur {001} |
| Cassure | Irrégulière, sub-chonchoïdale |
| Habitus | beaux cristaux bien formés tabulaires ou prismatiques, formes idiomorphes à lamellaires, parfois en forme de cercueils ou en plaque épaisse, dépôt de surface en milieu sec ou protégé |
| Jumelage | sur {001}. |
| Échelle de Mohs | 1,5 à 2 (dureté entre celle du talc et du gypse) |
| Trait | blanc |
| Éclat | vitreux, mat |
| Propriétés optiques | |
| Indice de réfraction | nα = 1,495 ; nβ = 1,496 ; nγ = 1,504 |
| Biréfringence | Biaxe (+)δ = 0,009 |
| Angle 2V | 37,367° (mesuré) 40° (calculé) |
| Transparence | Transparente à translucide |
| Propriétés chimiques | |
| Densité | 1,705 à 1,711 (parfois 1,7) |
| Solubilité | bonne solubilité dans les acides, soluble dans l'eau chaude, peu soluble dans l'eau froide |
| Unités duSI &CNTP, sauf indication contraire. | |
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Lastruvite, ainsi nommée en l'honneur du minéralogiste et diplomate russe d'origine allemandeHeinrich von Struve (de) en 1845, est unminéral de la famille desphosphates hydratés, soit un phosphate double d'ammonium et de magnésium hexahydraté de formule chimique NH4MgPO4 • 6 H2O. Elle cristallise dans lesystème orthorhombique et ses cristaux, incolores, blancs à jaunâtres ou brun clair, sont en forme de pyramides ou de lamelles.
La struvite forme descalculs dans l'urine des humains et des animaux qui sont infectés par des organismes produisant de l'ammoniac. Leur production est facilitée par unebasicité élevée de l'urine ainsi que par une forte excrétion demagnésium (régimes à base de plantes riches en magnésium). Chez lechat domestique, la présence de struvites dans l'urine est fréquente même en l'absence d'infection[3].
Par extension de sens, la struvite désigne lalithiase où ce minéral apparaît.
C'est un minéral tendre (dureté : 1,5 à 2) , et de faibledensité (1,7). Les cristaux souvent bien formés sont incolores lorsqu'ils sont frais et intacts. La déshydratation les rend ternes et blanchâtres. Les cristaux sontpiézoélectriques etpyroélectriques.
La struvite n'est véritablement stable que jusque vers55 °C, elle se décompose partiellement en dittmarite NH4)Mg(PO4)•H2O entre100 °C et200 °C, puis forme une phase amorphe vers250 °C-300 °C.
La struvite se dissout facilement dans lesacides mais difficilement dans les liquidesbasiques à neutres[4],[5]. Elle est très faiblement soluble dans l'eau froide. Elle est soluble dans l'eau chaude.
D'un point de vue cristallochimique, la struvite donne son nom à un groupe isostructural. Le groupe de la struvite comprend outre celle-ci, la struvite potassique ou struvite K (KMgPO4 • 6 H2O) et lahazenite (KNa Mg2(PO4)2 • 14 H2O) qui elle est en outre sodo-potassique. Les cations ammonium, potassium et à moindre mesure sodium sont interchangeables dans cette structure hydratée, permettant dessolutions solides à teneurs continues.
La struvite a été décrite par le pharmacien et chimiste hambourgeoisGeorge Ludwig Ulex (1811-1883) pour la première fois en 1845 dans leségoutsmédiévaux de l'église saint Nicolas deHambourg (Allemagne). Elle a été nomméedie Struveit en l'honneur du consul de Hambourg, Heinrich Christoph Gottfried Struve (1772-1851), appartenant au service diplomatique russe, collectionneur de minéraux qui se souciait de la restauration de l'édifice[6].
Elle se forme à partir de matériaux organiques, comme les lits detourbes ou très souvent les déjections putréfiées, les vieuxfumiers secs à base de bouses ou de crottins, voire dans les aliments altérés par un milieu bactérien indésirable, par exemple dans les boîtes de conserve périmées.Elle peut se rencontrer dans les dépôts naturels de guano, par exemple à la Réunion, à Ballarat dans l'état de Victoria enAustralie, au Cap enAfrique du Sud, à la grotte de Gcwihaba Cave au nord-ouest duBotswana... C'est pourquoi elle se nomme encoreguanite[7].
On la trouve aussi dans certains quartiers d'Amsterdam en Hollande, àAalborg au Danemark, au Venezuela, en Malaisie, au Québec, en Antarctique...
Minéraux associés à la struvite :
Il arrive qu'on trouve de la struvite dans les conserves de fruits de mer, où son apparence est celle de petits éclats de verre (sa présence est inacceptable pour les consommateurs pour des raisons esthétiques, mais sans conséquence pour leur santé)[8].
La struvite participe à la formation des calculs par précipitation depuis uneurinealcaline. La struvite est le minéral le plus commun dans les calculs des voies urinaires chez le chien[9], mais on la trouve aussi chez le chat et l'homme. La formation de calculs de struvite est favorisée par lesinfections bactériennes quihydrolysent l'urée enammonium et élèvent lepH de l'urine à des valeurs neutres ou alcalines. Les organismes capables d'hydrolyser l'urée comprennent notammentProteus,Pseudomonas,Klebsiella,Staphylococcus etMycoplasma.
Même en l'absence d'infection, l'accumulation de cristaux de struvite dans lavessie est un problème récurrent chez le chat domestique, avec notamment pour symptôme la difficulté à uriner (qui peut être prise pour de laconstipation) ou la présence de sang dans l'urine (hématurie). Lacauxine, une protéine excrétée en grande quantité dans l'urine des chats et qui intervient dans la production d'unephéromone féline, provoque lanucléation des cristaux de struvite dans un système-modèle contenant les ions constitutifs de la struvite. Ceci peut expliquer en partie la production excessive de struvite chez le chat domestique[10]. Dans le passé, la chirurgie était nécessaire pour éliminer les calculs de la vessie des chats ; aujourd'hui, des régimes acidifiants et pauvres en magnésium permettent de dissoudre les calculs de struvite d'origine non infectieuse.
Les calculs des voies urinaires supérieures qui impliquent lebassinet du rein et se prolongent dans au moins deuxcalices sont qualifiés decalculs coralliformes. Bien que tous les types de calculs urinaires puissent évoluer en calculs coralliformes, environ 75 % d'entre eux sont constitués d'une matrice struvite-carbonate-apatite.
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La struvite est un minéral commun dans lesentérolithes (en) (concrétions intestinales) ducheval[11].
La struvite[a] peut être un problème pour letraitement des eaux usées, en particulier quand ladigestion anaérobie des déchets libère des ionsammonium etphosphate. Elle peut entartrer les canalisations, les bandes de transport, les centrifugeuses et les pompes, et boucher les tuyaux et d'autres équipements dont ledigesteur lui-même. La struvite se forme quand les eaux usées contiennent de l'ammoniac, du magnésium et des phosphates dans desproportions molaires voisines de 1:1:1. Le magnésium peut être trouvé dans le sol, l'eau de mer et l'eau potable ; l'ammoniac résulte de la décomposition de l'urée deseaux usées ; et les phosphates proviennent de la nourriture et des savons et détergents. Ces éléments étant en place, la struvite est plus susceptible de se former dans un environnement depH élevé, de forteconductivité, de basse température et de haute teneur en ammoniac, magnésium et phosphates.
Les dépôts de struvite dans un système de traitement des eaux usées peut engendrer une grande inefficacité de l'exploitation en raison de l'obstruction des tuyaux, pompes et autres équipements. Pour résoudre ce problème, on peut remplacer les tuyaux ou les désobstruer par l'emploi d'unnettoyeur haute-pression ou d'unbroyeur mécanique, mais de nombreuses canalisations peuvent être souterraines et il faut prendre en compte le coût du travail et des temps d'arrêt. On fait plutôt appel aujourd'hui au nettoyage chimique, grâce au développement de produits de nettoyage efficaces pour éliminer la struvite ou en empêcher la formation[12],[13],[14].
La struvite se dissout complètement dans une solution d'acide sulfamique (2 à 4 % P/V) après 36 heures de recirculation.
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L'utilisation de struvite commeengrais agricole à assimilation lente est attestée pour la première fois en 1857. Elle est aujourd'hui utilisée sous forme de poudre de 1 à 2 mm, de couleur légèrement rougeâtre, ou de granules compactés. Les teneurs minimales en garantie sont 4 % en N, 30% min en P2O5, 8 % min en Mg avec une humidité avoisinant 2 à 3% en masse, une teneur en fer inévitable de l'ordre de 0,03 à 0,05 % en masse expliquant la couleur. Impuretés et contaminants divers sont d'autant plus insignifiants que l'engrais est raffiné et purifié. Le minéral est également souvent décrit par l'acronyme anglais MAP pour Magnesium Ammonium Phosphate (Hexahydrate), à ne pas confondre avec lephosphate de monoammonium auquel on associe aussi parfois l'acronyme « MAP ».
La récupération du phosphore des eaux usées sous forme de struvite et son recyclage commeengrais dans l'agriculture sont prometteurs[15], en particulier pour lesstations d'épuration affectées par une abondance defumier. On peut aussi ajouter des composés dumagnésium à dudigestat obtenu aprèsméthanisation de déchets animaux pour précipiter de la struvite[16].
