Brevet FR2000166A1 — publié le 19690829

a présente invention se rapporte à un appareil servant à la séparation hydraulique avec décantation empêchée et/ou à l'élimination des boues des pues métallurgiques, etc, par exempie des pâtes de minerai de ferS La séparation à décantation empochée nécessite d'une manière générale que les matières solides de la pâte soient maintenues à un état d'agitation ou de suspension par un courant aseendant hydraulique d'eau de travail, réglé de manière à faire entraîner par débordement une fraction de dimension inférieure des matières solides du mélange de la charge y compris les matières finement divisées ou les est tout en permettant à une fraction de dimension supérieure de grosses matières solides d'être enlevée de la zone inférieure du lit dgagitation ou de brassage. On sait d'une manière générale que la netteté de la séparation et l'élimination des fines ou des boues d'une pâte peut être obtenue plus complètement par une telle séparation hydraulique par courant ascendant plutat que par une séparation mécanique utilisant une agitation produite par un moyen mécanique, bien que la séparation hydraulique par courant ascendant nécessite des quantités plus importantes d'eau de travail et est soumise à'des limitations en ce qui concerne la gamme de dimensions supérieures des matières. Be régime d'alimentation en eau à fonctionnement hydraulique et le régime de retrait des matières de dimensions supérieures du lit de brassage peuvent etre réglés l'un par rapport à l'autre de manière à maintenir une séparation critique voulue entre les fractions de dimensions supérieures et de dimensions inférieures, ou autrement simplement en éliminant les boues. On dispose pour maintenir un tel réglage d'instruments permettant de détecter les variations de la configuration de densité du lit de brassage et de contr8îer la concentration en matières solides des fractions. Une opération de broyage en circuit fermé constitue un exemple nécessitant un tel réglage de sépcaration pour déterminer le rendement optimal du broyage ainsi que l'élimination complète des matières de dimensions inférieurs et des boues emprisonnées de la fraction de matière de dimensions supérieures qui est remisse en circulatior de appareil de séparation dans le broyeur. D'une manière plus particulière, une telle opération à décantation empêchée est efficace pour l'élimination des boues des pat-es, c' est-à-dire l'élimination par lavage de la patte uniquement de la fraction la plus fine, à savoir les matières solides dont les dimensions sont comprises dans la gamme du micron, et dont la présence peut faire obstacle aux opérations de traitement ultérieures, ou bien pour séparer les boues qui ellesmêmes peuvent présenter de la valeur. Pour tenir compte des conditions indiquées plus haut, il faut non seulement obtenir des séparations nettes entre les fractions de dimensions inférieures et les fractions de dimensions supérieures ou pour l'élimination de la boue, mais encore effectuer l'opération de séparation avec un minimum de pense de l'eau utilisée d'une manière hydraulique, tout en amenant à la fois la fraction de dimensions inférieures de débordement ou les boues et la fraction de dimensions supérieures à un état de concentration relativement élevé des matières solides. Un problème propre aux appareils antérieurs est le fait que les grosses matières solides de la fraction de dimensions supérieures doivent être maintenues en agitation et être déplacées vers un point d'évacuation depuis la zone inférieure du lit de brassage. Be problème qui se présentait alors était le fait que les particules qui ne présentaient que cinq à six dimensions de mailles supérieures à la dimension de séparation ne pouvaient pas être maintenues agitées, sauf peut-être en appliquant des débits ascendants de l'eau qui bouleversaient l'état ou la configuration de densité du bain de brassage nécessaire pour la séparation, tout en diluant d'une manière exagérée le produit obtenu par fractionnement avec des quantités excessives et peu éco nomiques d'eau de travail. Ceci applique une limitation indésira- ble à la gamme des dimensions des grosses particules qui peuvent être admises dans la charge de patte du fait que les particules doivent gtre su-f-fisamment mobiles pour leur permettre de migrer jusqu'à un point d'évacuation, par exemple par un orifice de 501- tie inférieur ou "huche", ou par l'intermédiaire d'un siphon. Une autre difficulté rencontrée au cours du fonctionnement des appareils de séparation des pâtes obligeant à répartir l'eau de fonctionnement hydraulique ou l'eau d'agitation, est due au fait que les orifices de sortie classiques ou les ouvertures des ajutages du système d'admission de 1 1eau risquent d'tette colmatés. Ceci se produit même lorsque l'eau est filtrée à travers un milieu filtrant tissé relativement serré, du fait des contaminants qui se trouvent dans l'eau d'alimentation et du fait de la présence de la patate. Pour réduire le colmatage, il est souhaitable d'utiliser un orifice aussi grand que possible. Ceci à son tour présente la difficulté qu'on éprouve à obtenir une répartition suffisamment uniforme de l'eau du fait de la présence de courants ascendants concentré5.En pratique, ceci conduit à un compromis entre un grand nombre de petits orifices assurant une bonne répartition et un nombre plus faible de gros orifices ayant pour but de réduire le colmatage. Même de cette manière, des arrêts relativement fréquents et des révisions fréquentes du système d'admission de l'eau ont été nécessaires. Bes appareils antérieurs de séparation de pites ne peuvent résoudre un ou plusieurs des problèmes indiqués plus haut ou satisfaire à ces exigences. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un appareil perfectionné de séparation hydraulique dans un courant ascendant, permettant de manipuler dune façon efficace des pâtes contenant des matières solides allant de boues dont les dimensions sont de l'ordre du micron à des matières solides de grandes dimensions très supérieures à la dimension de séparation. Dans cet appareil perfectionné, l'élimination des boues doit entre effectuée complètement et positivement de manière à ne laisser que des grosses particules propres bien lavées ou sables, l'apparei 8 onctionnant avec une faible consommation économique d'eau, une séparation pouvant être réglée nettement, et une concentration élevée des matières solides des fractions de dimensions inférieures et de dimensions supérieures. On évite ainsi toute opération de déshydratation ultérieure des fractions ou toute élimination supplémentaire des boues, le fonctionnement suivant du filtre est amélioré, et dans le cas de boues de silice, qui sont enlevées d'une pâte de minerai de fer, la qualité du fonctionnement du haut-fourneau et du produit obtenu peuvent être considérablement améliorées. Dans ce but, la présente invention fournit un appareil de séparation hydraulique servant à séparer les matières solides d'une pate en fractions de dimensions supérieures et de dimensions inférieures dans un lit d'agitation ou de brassage, cet appareil étant caractérisé par un système d'admission de l'eau d'agitation alimenté en eau sous pression, lequel système est disposé à la partie inférieure de la cuve, formant une région de courant ascendant, le système d'admission étant réalisé et agencé de manière à obtenir une zone inférieure d'agitation, et a. maintenir un-lit d'agitation dans la cuve, l'appareil comprenant une structure de râteau tournant concentrique par rapport au moyen de sortie, comportant des bras de ratissage disposés au-dessus et au voisinage du système d'admission et servant à déplacer les particules dans leur trajet en travers de la zone d'agitation pour les amener au moyen de sortie, de sorte que la fraction de dimensions supérieures qui se trouve au fond du lit d'agitation est soumise à l'agitation dans cette zone et par suite contrainte de libérer les particules de dimensions inférieures emprisonnées qui sont entraînées vers le débordement, tout en allant vers le moyen de sortie. le problème de répartition précédent qui a été décrit plus haut est supprimé par l'utilisation, à la place des ouvertures d'ajutage classiques, d'ajutages du type à clapet de retenue qui sont espacés d'une manière appropriée les uns des autres et qui répartissent le débit provenant d'une grande ouverture de refoulement de façon à produire le même effet qu'un plus grand nombre d'orifices classiques.. Ces ajutages soivent être à nettoyage automatique, et pendant les périodes où la pression de l'eau est abaissée ou de manque d'eau, ils doivent empêcher l'entrée dans le système d'admission ou de répartition des matières solides de la pate, qui aurait pour résultat de colmater les orifices. Be système de répartition hydraulique perfectionné comprend de ce fait des ajutages non colmatables conçus de manière à émettre de l'eau de travail sous une pression importante à l'encontre de la résistance offerte au refoulement par les ajutages. De ce fait, chaque ajutage se trouve au centre d'une zone d'agitation hydraulique intense ou de fluidisation, de sorte que les matiè res solides de dimensions supérieures qui restent dans la zone inférieure du lit d'agitation sont lavées d'une manière répétée, débarrasséesdes fines et des boues lorsque la structure du râteau tournant les déplace au cours de soeq passage d'un ajutage ou zone d 'agitation au suivant, pour les amender finalement dans une région centrale calme vers un puisard d'évacuation donnant un écou- lement inférieur contenant les particules de dimensions supérieures à un état de concentration élevé des matières solides On peut utiliser les indications données par les variations des con centrations dans le courant inférieur pour régler le régime d2ali- cimentation de la pate dans la cuve Un tel système d'ajutage est également capable de compenser les différences de la charge statique à l'encontre de laquelle les ajutages doivent refouler l'eau d'agitation.Par suite, lorsqu'un fond de cuve conique est nécessaire, le système de répartition peut être serré contre la surface inférieure conique, et n'a pas besoin d'etre limité à un plan horizontal. Pour la présente inven tion, on utilise un ajutage du type à clapet non colmatable, né cessitant une pression relativement elevée de l'eau d'alimentation pour surmonter la résistance offerte par le clapet au refoulement. D'autres avantages et caractéristiques de la présente inven tion ressortiront au cours de la description détaillée qui va sui vre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre ex plicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins la figure 1 est une coupe verticale de l'appareil de sépara tion à écoulement vers le haut perfectionné, comportant une struc ture de râteau tournant coopérant avec un système d'admission d'eau d'agitation sous-jacent; la figure 2 est wle vue de détail partielle considérablement agrandie de la figure 1, représentant le fonctionnement des aju tages. la figure 3 est une vue de détail à grande échelle du fond de 1'appareil, sur la figure 1 representant le fonctiorsleme de l'appareil équipe dEaJutages d'admission de l'eau d'agitation ; la figure 4 est une vue en plan partielle de détail à grande échelle du système d'admission de l'eau d'agitation, et indiquant une configuration de zones d'agitation effective des ajutages; la figure 5 est une coupe verticale d'un ajutage du type à clapet pouvant être utilisé avec la présente invention, dans lequel la résistance offerte au refoulement est réglable. L'appareil qui constitue ici un exemple de la présente invention comprend essentiellement une cuve 10, un système d'admission 11 disposé au fond de la cuve servant à introduire de l'eau d'agitation dans la masse de pate se trouvant dans la cuve pour maintenir dans celle-ci un lit d'agitation, et une structure de râteau tournant 12 comprenant des bras de ratissage fonctionnant dans un plan se trouvant directement au-dessus et près du système d'admission, dans une zone inférieure du lit d'agitation.L'eau qui s'élève du système d'admission fait séparer la pate en une fraction de dimensions inférieures qui déborde et une fraction de dimensions supérieures ou de grosses particules qui doit entre évacuée sous la forme d'un courant inférieur par un orifice de sortie formé dans le fond de la cuve. Bes bras de ratissage tournants qui effectuent un balayage au-dessus du système d'admission font transporter les particules de dimensions relativement grandes et qui ne peuvent etre agitées se trouvant dans le mélange de pâte vers une zone collectrice centrale de sortie capable d'évacuer la fraction de courant inférieur dans un état de concentration élevé des matières solides. La cuve peut comporter- une paroi cylindrique 13, un fond conique peu profond 14 et un caniveau périphérique 15 de réception du débordement. La cuve elle-mesme est espacée du sol par des piliers ou des colonnes de support 15a permettant d'acceder au dessous de la cuve, ainsi qu'a un puisard t6 amenant la fraction d'écoulement inférieure de la pâte à une vanne 17 de réglage d' évacuation le mécanisme d'entratnement 18 servant à faire tourner la structure du râteau et à la supporter est monté- sur une structure rde poutre aérienne ou passerelle 19 supportée par la paroi de la cuve. la passerelle supporte également par-dessous un puits d'alimentation 20 servant à amener la charge de pâte dans la cuve.Un conduit d'alimentation du puits d'alimentation est in diqué efl2i. La structure de râteau tournant elle-même est d'une cons truction connue et comporte un arbre 22 qui pend du mécanisme d'entraînement et des bras de rouissage 23 qui s'étendent de l'arbre au-dessus et près du système d'admission 11, pour fonc tionner dans la zone inférieure du lit d'agitation. De préfé rence, le mécanisme d'entraînement est du type qui permet à la structure du rameau d'être levée ou abaissée. le système d'admission de l'eau d'agitation dans ce mode de réalisation peut comporter un collecteur principal annulaire 24 qui est représenté comme reposant sur le fond de la cuve et comme comportant des liaisons d'alimentation 24a et 24b disposées symétriquement. Des tubes ou collecteurs secondaires 25 s'éten dant radialement sont placés à cheval sur le collecteur principal et communiquent avec celui-ci par des liaisons 25a. les collee- teurs secondaires s'étendent suivant unetepente qui correspond sen siblement à la forme conique du fond de la cuve. les collecteurs secondaires radiaux comportent des ajutages non colmatables ou ne pouvant se boucher 26 d'admission de l'eau d'agitation, lesquels sont espacés d'une manière appropriée les uns des autres le long des collecteurs secondaires et sont de préférence agencés de telle sorte que les ajutages de chaque collecteur secondaire sont disposés en quinconce par rapport aux ajutages de chaque collecteur secondaire adjacent. En fonctionnement, c'est-à-dire lorsqu'ils fournissent de l'eau d'agitation, chacun de ces ajutages peut devenir le centre d'une zone circu~tai- re ou ilôt "C" d'agitation hydraulique ou "brassage" (voir figure 4).Toutes ces zones "C" sont contenues dans une zone générale d'écoulement vers le haut délimitée par le diamètre extérieur D-l de la cuve et par le diamètre intérieur D-2 qui à son tour délimite une région centrale sans agitation entourée par la région d'écoulement vers le haut. De ce fait, les extrémités extérieures des collecteurs secondaires radiaux 20 peuvent se terminer à la paroi de la cuve, tandis que leurs extrémités intérieures peuvent se terminer à la périphérie de la zone centrale calme sans agitation ou zone collectrice des matières solides de dimensions supérieures. Un ajutage non colmatable pouvant être utilisé pour la présente invention est du type comportant un clapet de retenue muni d'un élément de fermeture à clapet ou plaque chargée par un ressort, la pression du ressort étant de préférence réglable pour pouvoir faire varier la résistance offerte au refoulement par le clapet par rapport à la pression d'alimentation de l'eau d'agitation. Une forme préférée d'ajutage est représentée -sur la figure 5. En conséquence, un ajutage approprié comprend un corps de clapet creux cylindrique 27 à extrémité ouverte d'une épaisseur de paroi importante et qui est constitué de préférence par une matière de composition plastique. L'extrémité inférieure de ce corps de clapet présente un filet intérieur qui vient étroitement en prise avec le filet extérieur d'un raccord ou col 28 dirigé vers le haut du collecteur secondaire 25. L'extrémité supérieure du corps du clapet présente un épaulement intérieur tourné vers le bas ou inversé 2sa concentrique par rapport à l'axe vertical de l'ajutage. le bord supérieur périphérique extérieur duccrps du clapet présente un évidement annulaire 29 dans lequel est logée une bague torique élastique 30.Lorsqu'elle est étirée et ajustée brusquement dans cet évidement, la matière élastique de la bague torique forme un siège sur lequel une plaque de clapet 31 peut se fermer étroitement. Un ressort hélicoïdal 32 sous compression exerce une pression d'appui sur la plaqué du clapet, le ressort étant enfermé entre l'épaulement inversé 28a et l'extrémité inférieure ou tête d'une tige de clapet se présentant sous la forme d'un boulon inversé 33 vissé dans la plaque 31 du clapet et fixé par un écrou de blocage 34. La plaque du clapet peut être constituée par une matière de composition plastique semblable à celle du corps de clapet 27. La pression d'appui exercée par le ressort peut entre réglée en desserrant l'écrou de blocage 34 puis en levant la plaque du clapet pour l'écarter de son siège à ltencontre de la pression du ressort, et en faisant tourner la plaque du clapet vers le haut ou vers le bas sur les filets de la tige. Ceci fait diminuer ou augmenter respectivement la pression du ressort et varier d'une manière correspondante la résistance offerte au refoulement de l'ajutage par rapport à la pression d'alimentation de l'eau d'agitation. En resserrant ensuite l'écrou de blocage contre la plaque du clapet, on fixe le réglage. Une saillie ou broche 35 disposée dans l'extrémité de tette de la tige empoche la rotation de celle-ci par rapport au ressort.En réglant d'une manière appropriée la pression du ressort et avec une pression d'alimentation de l'eau d'agitaton suffisamment élevée on peut établir un régime de sortie uniiorme de l'eau d'agitation de tous les ajutages, quelles que soient les différences de charge statique à l'encontre de laquelle les ajutages doivent fonctionner, ces différences étant dues à la disposition en pente des collecteurs secondaires 25. De plus, avec un réglage approprié du ressort, cet ajutage ne se colmate pas et se nettoie automatiquement, même lorsqu il est exposé aux matières solides de la patate. Dans un cas pratique, lorsqu'on dispose une pression d1ali- mentation d'eau suffisante, dans tous les ajutages on peut régler la pression ou la compression des ressorts à la même valeur par les extrémités en saillie vers le haut des tiges. Par exemple, en réglant la pression des ressorts de tous les ajutages à une valeur de 2,3 kg et une pression d'eau d'environ 18,1 kg, on peut obtenir des régimes de sortie sensiblement uniformes de tous les ajutages, de façon à conserver un lit d'agitation de caracté- ristiques approprié, même lorsque les collecteurs secondaires 35 sont inclinés, comme représenté. l'ajutage agit lorsqu'il est plonge dans un lit de sable de façon à y maintenir une agitation. De cette manière, le taux de débit vers le haut de l'eau d'agitation peut être déterminé et établi alune valeur suffisante pour faire envoyer une fraction de dimensions inférieures voulue vers le débordement de la cuve, mais d'une manière insuffisante pour maintenir la fraction de dimensions supérieures des matières solides à un 6tat d'agitation, et d'une manière insuffisante pour empêcher leur accumulation dans Ra zone du fond du lit d'agitation. Suivant la présente invention, les bras de ratissage,de la structure de râteau tov1rS n ini effectuent un bstayage au-dessus des ajutages dans la zone inférieure du lit d'agitation, déplacent positivement les matières solides de dimensions supérieures de l'influence hydraulique d un ajutage à l'influence de l'ajutage suivant, et ainsi de suite (voir figure 2).Tout en se déplaçant ainsi vers la zone de sortie centrale, la fraction de dimensions supérieures des matières solides est agitée d'une manière répétée ou brassée et lavée pour la débarrasser des boues, pendant qu'elle est exposée à l'effet direct du liquide d'agitation qui se trouve immédiatement autour des ajutages, avant d'at teindre la zone collectrice calme 1)-2, pour être soutirée. Une séparation nette des fractions peut être ainsi obtenue, ainsi qu'une concentration élevée des matières solides dans ltéeoule- ment inférieur.De plus, du fait de l'effet de transport mécanique positif de la structure du râteau, la consomsation d'eau d agitation est maintenue à -un minimum pratique, de façon à maintenir également la fraction de dimensions inférieures qui déborde à un état de concentration relativement élevé des matières solides. Dans une application importante d'élimination de la boue, l'appareil selon la présente invention élimine d'une manière efficace la silice finement divisee qui constitue les boues dans une pâte de minerai de fer qui doit être préparée pour former des boulettes et pour la fusion suivante des boulettes ou d'un minerai enrichi dans le haut-fourneau. La présence de toute silice dans le haut-fourneau est nuisible, de sorte que toute amélioration de l'efficacité de l'élimination par lavage de ces boues se traduit par une amélioration importante du fonctionnement du hautfourneau, et du produit ferreux amélioré qui en résulte. Il va de soi que la présente inventionn'a été décrite et représentee qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, sa qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. - REVENDICATIONS 1) Appareil de séparation hydraulique servant à séparer les matières solides d'une pâte en fractions de dimensions inférieures et de dimensions supérieures dans un lit d'agitation, appareil caractérisé par un système d'admission de l'eau d'agitation alimenté en eau sous pression, lequel système est disposé à la partie inférieure de la cuve et forme une région d'écoulement vers le haut, ce système d'admission étant réalisé et agencé de manière à former une zone inférieure d'agitation et à maintenir un lit d'agitation dans la cuve, une structure de râteau tournant disposée concentriquement par rapport à un moyen de sortie, cette structure comportant des bras de ratissage disposés au-dessus et au voisinage du système d'admission et servant à déplacer des particules dans leur trajet en travers de la zone d'agitation pour les amener au moyen de sortie de sorte que la fraction de dimensions supérieures qui se trouve au fond du lit d'agitation est exposée à l'agitation de cette zone et est par suite contrainte de libérer les particules de dimensions inférieures emprisonnées pour le-s faire déborder, tout en allant vers le moyen de sortie. 2) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé de plus en ce que la région d'écoulement dirigée vers le haut entoure une région centrale non agitée beaucoup plus petite que la région d'écoulement vers le haut, et qui est destinée à laisser passer la fraction de dimensions supérieures comme écoulement inférieur à travers le moyen de sortie, à un état de concentration élevé des matières solides. 3) Appareil suivant la revendication 1, caractérisé de plus en ce que le moyen d'admission comprend un grand nombre de centres d'émission de l'eau d'agitation disposés au voisinage les uns des autres efassurant des effets de brassage localisés, les bras de ratissage agissant de manière à déplacer les particules d'un premier centre vers lelsuivant, de façon à les exposer d'une manière répétée aux effets de brassage des centres respectifs. 4) Appareil suivant les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le système d'admission comprend un collecteur principal annulaire concentrique par rapport à l'orifice de sortie, des collecteurs secondaires s'étendant radialement communiquant avec ce collecteur principal, chaque collecteur secondaire étant pourvu d'ajutages du type à clapet espacés les uns des autres le long de ce collecteur secondaire. 5) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1, 3 et 4, caractérisé de plus en ce que le moyen d'addition comprend des ajutages du type à clapet comportant un élément de fermeture à clapet chargé d'une manière élastique. 6) Appareil suivant la revendication 4, caractérisé de plus en ce que les ajutages de chacun des collecteurs secondaires sont disposés en quinconce par rapport aux ajutages des collecteurs secondaires voisins. 7) Ajutage destiné à être utilisé dans l'appareil suivant les revendications de 1 à 6, caractérisé par une enveloppe de clapet sous la forme d'un corps tubulaire à extrémité ouverte présentant un siège de clapet à son extrémité de sortie, un élément de clapet formant l'extrémité de sortie du corps tubulaire lorsqu'il est en prise avec le siège de clapet, une tige traversant cet élément de clapet dans l'enveloppe sensiblement coaxialement par rapport à celle-ci et pouvant être réglable en longueur par rapport à l'élément de clapet et pouvant être fixée à une position de réglage, un moyen de maintien élastique disposé à l'intérieur de l'enveloppe et agissant entre celle-ci et la tige pour pousser l'élément de clapet sur son siège, mais cédant sous l'action de la pression d'alimentation du fluide. 8) Ajutage suivant la revendication 7, caractérisé de plus en ce que le corps de l'enveloppe présente un épaulement intérieur concentrique par rapport à l'ase du corps, au voisinage de son extrémité de sortie, le moyen de retenue élastique étant constitué par un ressort hélicoïdal de compression entourant la tige et enfermé longitudinalement entre l'épaulement et cette tige.