Brevet FR2130495A1 — publié le 19721103

la présente invention concerne un procédé pour r-reisd pour séparer des substance solides de suspensions ns ultra-fines et collotdales (boues) et pour {53b eau des substances solides sépares. La séparation de la tererr en substances solides des boues de dimension ultra-fine et collctdalepeut s'effectuer à l'aide d'un filtre sous pression fonctionnant de façon intermittente et donnant une phase solide et une liquide. Les filtres sous pression fonctionnent avec un faible rendement filtrant et ceci à côté de frais d'installation et d'investissement élevés. ta séparation des substances solides de la phase liquide est fort difficile avec des dispositifs fonctionnant en continu, qui sont compliqués et peu économiques, de sorte que l'utilisation des filtres à vide ou de centrifugeuses ne s'est pas généralisée pour la séparation des substances solides ultra-fines. lors de la filtration de suspensions avec une teneur en solides ultra-fins ou colloidaux, on a récemment utilisé des polyélectrolytes qui abrègent sensiblement les délais de départ. La concentration en substance déposée, donc la masse du dépôt ne peut être que faiblement augmentée. Il en ru lute que lton ne peut pratiquement pas effectuer la filtration en continu de suspensions difficiles i~d~hyd-rater, ou bien avec un rendement filtrant faible. Le but de la présente invention est de fournir un procédé économique de traitement de suspension à grain fin et d'élimination de l'eau de substances solides sépares avec une dépense de travail et d'énergie relativement faible. La demanderesse a découvert que l'élimination de l'eau de suspensions colloidales ultra-fines à concentration inférieure à 50 g/litre, ainsi que la transformation des subs tances solides sous forme stable peut se faire économiquement si l'on augmente la viscosité relative de la suspension de départ par addition de réactifs formateurs de gel, d'une valeur égale au moins au double, on élimine l'eau de la suspension formée sur un filtre, on la presse éventuellement et lton ramène l'eau de filtration dans le système X on la déverse à l'égout. On utilise des réactifs tels qu'ils soient appropriés d la formation d'un gel silicique.Des réactifs appropriés correspondants sont le silicate de sodium et des sels métalliques di- ou trivalents, des acides minéraux, l'sluminate de sodium, des sels d'ammonium ou de la poudre de ciment. On peut utiliser comme sels métalliques des sels de calcium et de magnésium, comme acides minéraux, soit l'acide chlorhydrique soit l'acide sulfurique. Le gaz carbonique, le bicarbonate d'ammonium, la poudre de ciment conviennent entre autres pour précipiter le silicate de sodium. L'eau de/;spen- sion formée est éliminée ensuite sous vide dans des filtres à disques ou à tambour. La présente invention repose sur le principe selon lequel on peut augmenter la viscosité relative des suspensions par addition de réactifs formateurs de gels. Lorsqu'on augmente la viscosité d'une suspension, on peut améliorer la filtrabilité de la boue formée et l'élimination de l'eau de la suspension peut se faire à l'aide des filtres à vides habituels. On utilise avantageusement comme réactifs formateurs de gels des réactifs formateurs de gels siliciques. Si l'on traite une solution de silicate de sodium qui est appropriée à la formation d'un gel silicique avec une quantité appropriée d'agents de précipitation, le gel peut se produire en un délai relati vement bref. Le gel formé exerce son effet sur les particules collotdales qui présentent une grande surface spécifique.La transformation du silicate de sodium avec des agents de précipitation, par exemple la craie, s'effectue selon l'équation suivante Na20.nSiO2 + mCaO + x H20 , i m Ca0.nSi02(x-1)H20 + Na20 La transformation précédente est responsable de l'augmentation de la viscosité des boues et des suspensions et en conséquence il est possible (bien qu'elle ne soit pas linéaire) d'améliorer la filtrabilité et par conséquent le rendement filtrant spécifique. Si l'on presse en forme le gâteau de filtre obtenu, on obtient après un certain délai de durcissement (quelques Jours) un produit aggloméré de grande stabilité. l'eau de filtration présente une faible teneur en substance en suspension de sorte qu'on peut la ramener dans le système ou bien la diriger vers un égout. Si on entreprend la transformation selon la présente invention sur des suspensions très diluées, avec une teneur en solides de 1 g/l, on peut également les filtrer. La filtration est toutefois peu économique en raison des exigences en réactifs considérés de sorte qu'il est conforme au but de faire subir un épaississement préalable à ces suspensions. La masse de dépôt dépend de façon très variable des réactifs qui accélèrent la vitesse de dépôt et des propriétés de la suspension à traiter. La limite inférieure de la concentration (qui correspond à une viscosité de 3 cp) atteint 50 g/litre et elle est de préférence voisine de 100 g/litre et mieux encore de 200-300 g/litre. La relation entre l'augmentation de la viscosité et l'augmentation du rendement spécifique de filtration est représenté à la figure 1, pour laquelle on a porte en abscisses le quotient de l'élévation de la viscosité relative et en ordonnées l'augmentation en pourcentages des rendements de filtration. Le quotient (U) de l'augmentation de la viscosité relative peut se calculer à partir de la relation suivante U U = U1 (cp) dans laquelle U1 est la viscosité relative provenant de l'effet de la réaction de formation du gel en cp, et U2 est la viscosité relative de la suspension de départ en cp. La filtrabilité de la suspension de départ est déterminée sur la base de l'augmentation du rendement du filtre spécifique calculé pour la substance sèche. Le rendement spécifique de filtre (T) exprimé en pourcentage, peut se calculer à partir du quotient t2 dans lequel t1 représente le rendement spécifique de filtre obtenu par la réaction formatrice du gel en kg/m2.h et t2 est le rendement spécifique de filtre sans formation du gel en kg/m2.h. Les conditions avantageuses de filtration se situent dans la portion de la courbe fortement croissante de la figure 1. Pour la figure 1, I représente la portion du procédé appropriée à la filtration; Il la portion de concentration efficace du procédé (augmentation de la viscosité) et III l'état plastique formé de la substance à reprendre. On considère comme optimal en pratique le point d'intersection 0 de la bissectrice de l'angle formée par les tangentes a et b, avec la courbe tracée.Lorsqu'on ajoute une quantité importante de réactif à la suspension, la viscosité croit aussi au-delà du point mais cependant le rendement de filtre n'est que faiblement augmenté. Il est donc conforme au but de choisir comme limite supérieure la valeur voisine du point 0, c'est-à-dire environ le triple de l'augmentation de la viscosité. On peut concevoir les avantages du procédé selon la présente invention par le fait qu'on peut amener des suspensions difficiles à déshydrater par addition de substances supplémentaires disponibles industriellement à un état tel que la reprise en est facile à effectuer et les suspensions se trouvent convenir à la filtration sous vide. L'eau du filtrat obtenu par la filtration sous vide peut être remise en circulation en raison de sa faible teneur en substances en suspension ou bien être dirigée vers un égout et la matière déshydratée s'obtient après un certain délai sous un état de forme stable de sorte qu'elle est aisément transportable. Les recherches ont été effectuées sur des boues et suspensions diverses et les résultats sont expliqués en référence aux exemples de mise en oeuvre qui vont suivre. Le dispositif filtrant utilisé lors des expériences présente une surface utile de 1 m2, la quantité d'air nécessaire à la pompe à vide (pour une dépression de 80 %) atteint 25 m3/m2.h, la nantit d'air d une par çn compresseur (pour 0,8 mm) atteint 6 m3/m'#.h. On utilise comme toile de filtre une étoffe à base de polyamide avee I: corps de liaison, mais il est possible d'utiliser d'autres sortes de toiles filtrantes. Le dispositif utilisé lors de la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est représenté à la figure 2. Sur la figure 2, les significations des indications particulières sont les suivantes C = suspension, D = silicate de sodium, E = réactif formateur de gel, F = produit filtré (résidu de filtre), G = filtrat. La suspension qui provient d'un récipient de dépôt ou de filtration est introduit dans le récipient 1 avec agitateur et le silicate est introduit aussi dans ce récipient agité. La dimension du récipient agité est prévue pour une durée de séjour de la suspension de 1 à 2 minutes. La suspension traitée avec le silicate de sodium est conduite vers un récipient agité 2 dans lequel s'effectue la réaction de formation se gel. La durée du séjour de la suspension dans le récipient age 2 est de 5 secondes à 2 minutes. Après que la formation du gel s'est produite, la suspension est amenée en continu sur le filtre à vide 3 qui peut être soit un filtre à disque, soit un filtre à tambour. Le filtre à vide est en relation avec une pompe à vide 4 et un compresseur 5 et le gâteau de filtre est dégazé. Le gâteau de filtre séparé du filtre est conduit par un transporteur 7 le cas échéant à travers une presse 6, v un lieu d'entreposage. Ce lieu d'entreposage n'es pas représen té sur la figure 2. Le gâteau de filtre traité de @eure sur le lieu d'entreposage jusqu'à ce qu'il ait atteint le degré @@ de fermeté.L'eau du filtrat peut êtré réutilisée comme eau service ou bien être dirigée vers un égout. EXEMPLE 1 On utilise comme matière première ure suspension de phosphate argileuse, dont la dimension gra@@@@métrique est presque colloïdale telle quelle se forme dans une usine de lavage de phosphate lors de la répartition en cyclone. Les caractéristiques de la matière première sont les suivantes . Concentration en substance solide 200 g/litre . viscosité 7,4 cp . Densité de la matière solide 2,75 g/cm3 . Composition minérale de la matière solide : illite, montmo rillonite et phosphorite. . Granulométrie de la substance solide : Diamètre équivalent Répartition granulométrique (en microns) (%) + 10 100,0 - 10 90,0 5 83,0 2 75,0 1 50,0 En se basant sur la granulométrie on peut établir que 65 % de la matière première est constituée par une fraction pré-collotdale de 50 g. On ajoute à la matière première qui est constituée par 1 tonne de teneur en matière solide, 12 kg d'une solution de silicate de sodium et 6,5 kg de poudre de craie. Cette proportion des quantités correspond au point O de la courbe figure 1. Après l'addition des réactifs, il se produit une réaction, la viscosité de la suspension augmente de 2,55 fois la valeur originelle, c'est-à-dire jusqu'd 18,9 cp. Le rendement spécifique de filtre atteint 48,3 kg/m2.h. Le gåteau de filtre a une épaisseur de 5 à 6 cm et on peut facilement le retirer du tissu filtrant. La teneur en matières en suspension dans le filtrat est de 355 mg/litre. Si on augmente la quantité des réactifs on améliore la filtrabilité, correspondant environ à la courbe de figure 1. Outre la filtrabilité, la stabilité du gâteau de filtre est aussi augmentée. Ceci s'étudie ou se détermine en pressant des dés de 5 cm d'ardue dans le gâteau de filtre et en étudiant la fermeté de ces dés en fonction du délai de repos. On peut dor les formateurs de gel correspondant à une filtre bilité oçiunle. après un délai de repos de 1 jour la fermeté de l'échantillon s1 élève à 7 kg/cm2, après 5 jours à 26 kg/cm2, après 8 jours à 40 kg/cm2 et après 10 jours elle atteint 49 kg/cm2. Sans formateur de gel la filtrabilité de la suspension de départ n'est pas favorable. Le gâteau de filtre de 1 à 2 mm d'épaisseur souille le tissu filtrant et on ne peut le séparer que difficilement. Le rendement spécifique de filtre atteint 14 kg/m2.h et la teneur en matières en suspension dans le filtrat est de 2300 mg/litre. EXEMPLE 2 La matière première est une boue de lavage de charbon avec les caractéristiques suivantes Concentration en matière solide 350 g/litre Viscosité 8,3 cp Densité de la matière solide 1,73 g/cm3 Teneur moyenne en cendres de la subs tance solide 37,5 % Diamètre équivalent Répartition granulométrique (en microns) (%) + 45 100,0 - 45 84,2 - 20 65,9 - 10 38,5 Cette répartition granulométrique correspond à une granulation ultra-fine. On ajoute à la suspension de départ qui contient 1 tonne de matières solides 5 kg de solution de silicate de sodium et 3 kg de poudre de craie. Sous l'effet de la réaction de gélification, la viscosité augmente jusqu'à 2,8 fois dans la suspension, donc à 23,4 cp. On atteint à un rendement de filtre de 192 kg/m2.h. L'épaisseur du gâteau atteint 8 à 9 mm, la teneur en matière en suspension dans le filtrat est de 210 mg/litre. La fermeté du gâteau de filtre atteint après un délai de repos de 2 jours 3 kg/cm2, après 6 jours 16 kg/cm2 et après 10 jours 25 kg/cm2. Sans formateur de gel, le ggteau de filtre atteint pour un rendement de filtre de 62,0 kg/m2.h environ, une épaisseur de 3 à 4 mm et la teneur en matières en suspension dans le filtrat est de 1360 mg/l. EXEMPLE 3 On utilise une suspension à grain ultra-fin qui provient du dépoussiérage humide d'une usine métallurgique. Les caractéristiques de la suspension de départ sont les suivantes . Concentration en substance solide 300 g/litre . Viscosité . 2,8 cp . Densité de la substance solide 3,13 g/cm3 . Teneur en Fie203 de la substance solide 35,3 ffi . Diamètre équivalent Répartition granulométrique (en microns) (%) + 15 100,0 - 15 69,1 8 43,6 18,2 1 1 12,0 On ajoute à la suspension contenant 1 tonne de substance solide 4,6 kg de solution de silicate de sodium et 3,6 kg de poudre de craie. Les résultats de filtration correspondent à l'allure de la courbe de la figure 1. Sous l'effet de la réaction de formation de gel, la viscosité s'élève à 2,7 fois la valeur originelle, le rendement de filtre se situe à 438 kg/m2.h. Les valeurs de fermeté de gatesu de filtre après 1 jour de repos est de 2 kg/cm2, après 5 jours de 12 kg/cm2 et après 10 jours de 19 kg/cm2. Sans la réaction de gel on a un rendement de filtre de 145 kg/m2.h, une épaisseur de gâteau de 6-7 mm et une teneur en matière en suspension dans le filtrat de 1300 mg/litre. EXEMPLE 4 On utilise une suspension de lignite à 100 g/litre de concentration en matières solides et de 3,5 cp de viscosité. La proportion de matière solide inférieure à 30 microns atteint 50 %, inférieure à 10 microns, 27 . On ajoute pour une teneur de 1 tonne en matière solide, 6,1 kg de solution de silicate de sodium, 2,5 kg de chlorure de Fe-III ce Cu élève a viscosité de 2,4 fois. Le rendement de filtre augmente d'uit multiple en ce sens que la suspension non traite donne par f@@@@ration sous vide un gâteau de filtre graisseux de 1 mm d'épaisseur. Les valeurs de fermeté du gâteau de filtre sont : après 2 jours de repos de 3 kg/cm2, après 6 jours de 5 kg/cm2 et après 10 jours de 8 kg/cm2. EXEMPLE 5 On utilise comne matière première une suspension argileuse provenant d'une briquetterie dont la teneur en solides est de 150 g/litre et avec une viscosité de 4,1 cp. On ne peut pratiquement pas filtrer cette suspension avec un filtre à vide. On ajoute pour 1 tonne de matière solide 8 kg de solution de silicate de sodium et 5 kg de poudre de ciment ce qui permet d'avoir une élévation de la viscosité de 2,9 fois. L'épaisseur du gâteau est de 6 mm. Valeur de fermeté après 5 jours de repos 31 kg/cm2. EXEMPLE 6 On utilise comme matière première une suspension argileuse de mine provenant du traitement de la potasse. La teneur en matières solides est constituée par# un minerai argileux contenant de l'illite avec 1 à 3 # de quartz. La taible teneur en phosphore se trouve sous la forme Qe phosphate acide de potassium. Les composants dissous dans la la liquide sont Chlorure de potassium Chlorure de sodium 14,1% Sel magnésium-calcium 5,0% La teneur en matières solides dans la cière pre- mière est de 240 g/litre, la viscosité de 8,8 cp, la densité de la matière solide est de 2,98 g/cm3.La suspension orig- nelle ne convient pas à la filtration sous vider Jar le fait que le gtteau de filtre reste fermement atteehe au tissu trant. On ajoute pour 1 tonne de substance solide, 8 kg de silicate de sodium et 18 kg de carbonate de sodium, ce qui élève la viscosité à trois fois, et le rendement de filtre atteint 95 kg/m2.h. L'épaisseur de gâteau @@@ @e 8 mm. un obtient le gåteau de filtre après dégazage avec une bonne stabilité dimensionnelle et coagule bien. De façon analogue à ce qui précède, il est possible de traiter des boues provenant de l'élimination du calcaire avec une teneur de 100 g/litre en substance solide, ainsi que des boues de FeS avec des impuretés de sulture de sodium provenant de fabriques de traitement du cuir. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation de substances solides dans des suspensions ultra-fines et collotdales, caractérisé en ce qu'on élève la viscosité relative de la suspension de départ contenant au moins 50 g/litre de substance solide, par addition de réactifs formateurs de gel, d'au moins une valeur double, puis on élimine l'eau de la suspension sur filtre, le cas échéant on porte sous presse et on remet l'eau du filtrat en circulation ou on la conduit à l'égout. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme réactifs formateurs de gel des réactifs formant un gel silicique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise comme réactif du silicate de sodium et pour le précipité, des sels métalliques di- ou trivalents. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on filtre la suspension de viscosité supérieure sur filtre à disque ou à tambour avec application du vide.