Brevet FR2121715A1 — publié le 19720825

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour réguler la densité d'un mélange de matières solides et d'un liquide, et plus particulièrement un procédé et un appareil pour réguler la densité du courant de fond, 5 constitué par une suspension enrichie en matières solides dais un épaississeur de suspensions, ledit courant de fond partant dudit épaississeur pour aboutir à un ensemble de séparation de matières solides et du liquide. La séparation des matières solides d'un mélange 10 de matières solides , en général sous forme de particules finement divisées , et d'un liquide - ou suspension - de la fraction liquide, par exemple par filtration ou centrifugation est en général précédée d'une opération d'épaississement dans laquelle v on laisse se déposer les matières solides à la partie inférieure 15 de 1'épaississeur, d'où elles sont retirées sous forme d'une suspension enrichie en matières solides, tandis que la fraction liquide plus légère, contenant une moindre proportion de matières solides reste h la partie supérieure de 1'épaississeur d'où elle s'écoule sous la forme d'un "trop-plein d'épaississeur". 20 Un épaississeur est en général uri récipient cylindrique à axe vertical de dimensions déterminées par la quantité de suspension à traiter par unité de temps. La partie centrale du fond de cet épaississeur est en général conique et se rétrécit vers le bas en direction de l'orifice d'évacuation du courant de 25 fond . Une suspension constituée par des particules solides finement divisées et un liquide est introduite à la partie supérieure de 1'épaississeur. Les particules solides tombent au fond et le liquide reste au voisinage de la surface. Un mécanisme connu à râteau est incorporé et tourne à une vitesse déterminée par la 30 vitesse de chute des matières solides afin d'atteindre dans le courant de fond , un rapport "solide/liquide" choisi de manière à obtenir des résultats optimaux pour l'opération suivante de séparation des matières solides et du liquide. Il existe en général quatre zones distinctes 35 de dépflt de la suspension à l'intérieur de 1'épaississeur. A la partie supérieure, il y a une zone d'eau claire. Au-dessous de celle-ci, il y a une zone constituée par des agglomérats ou flocs de particules solides de consistance uniforme. Cette zone 72 00657 2 2121715 est en général dénommée "zone de suspension floculée". Au-dessous de cette zone se trouve une zone de transition et à la partie inférieure une 7one "pâteuse" qui est soumise à une compression (zone de compression), et dans laquelle les agglomérats se sont 5 déposés à un point tel qu'ils reposent directement les uns sur les autres. La densité du courant de fond est très voisine de la densité de la suspension dans la zone de compression. En ce qui concerne la pâte dans la zone de transition, la proportion de matières solides diminue, à partir de la partie inférieure ou des 10 agglomérats pénètrent dans la zone de compression, jusqu'à la partie supérieure où la consistance de la pâte floculée est égale à celle de la suspension de départ. Il est essentiel , pour obtenir un rendement maximal des opérations d'épaississement et de séparation des ma-15 tières solides et d'un liquide, de soutirer ce courant de fond de l'épaississeur à une vitesse telle qut le rapport solide^liquide reste compris entre des limites prédéterminées. Pour maintenir ce rapport solides/liquide prédéterminé, il est connu de soutirer de la partie inférieure de 1'épaississeur un courant de suspension 20 et de mesurer sa densité. On fait varier la vitesse d'évacuation en fonction de la densité mesurée. Si cette densité est trop faible, il sort une quantité excessive de liquide sous forme de courant pie fond de l'épaississeur et on diminue la vitesse de cette pompe. Inversement, si la densité est trop élevée, on augmente la 25 vitesse de la pompe pour abaisser le rapport solides/liquide. Le procédé décrit ci-dessus présente un certain nombre d'inconvénients . Si l'on observe une diminution de la densité du courant de fond de la suspension, la pompe doit être arrêtée, ou tout au moins sa vitesse doit être réduite pendant 30 une longue période, jusqu'à ce que la densité du courant de fond soit rétablie. Ceci parce qu'une diminution de la densité du courant de fond indique en général que le niveau de la limite séparant les zones de compression et de transition dans 1'épaississeur soit très proche du fond de 1'épaississeur. Pour réaliser un 35 épaississement suffisant de la suspension et pour être certain que les fractions se trouvant à la partie inférieure et à la partie supérieure de 1'épaississeur soient évacuées à une vitesse relativement constante, on doit faire fonctionner 1'épaississeur 72 00657 3 2121715 de manière que le niveau de la limite entre les zones de compression et de transition soit bien au-dessus de l'orifice d'évacuation du courant de fond. Un laps de temps considérable est nécessaire pour ramener la limite au niveau désiré et,pendant ce laps 5 de temps, la pompe doit être arrêtée complètement ou bien sa vitesse doit être considérablement réduite. Par ailleurs, il faut arrêter l'arrivée de la suspension à 1'épaississeur pour empêcher tout débordement de cet appareil. Par conséquent, les opérations antérieures et postérieures à 1'épaississement subissent des ar-10 rêts coûteux. La présente invention a par conséquent pour objets : un procédé pour maintenir le rapport solides/liquide dans le courant de fond de la suspension dans 1'épaississeur entre des limites prédéterminées et un appareil spécialement conçu pour 1 5 mettre en oeuvre ce procédé ; un procédé et un appareil pour mesurer les variations de niveau de la limite entre les zones de compression et de transition et pour ramener cette limite au niveau souhaitable si ce niveau subit des changements. L'invention concerne un procédé destiné à réguler 20 le rapport solides/liquide d'un courant sortant d.u fond d'un épaississeur à la partie supérieure duquel une suspension constituée par un mélange de particules solides et d'un liquide arrive continûment et qui comprend à sa partie inférieure un orifice par lequel on soutire de manière continue la suspension enrichie en matières 2t> solides ; cette suspension-^, après avoir été introduite dans l'épais sisseur , se dépose dans une zone, dite de compression, intérieure dans laquelle les flocs de particules solides reposent directement les uns sur les autres. Ce procédé comprend les opérations ci-après : mesure des variations de la densité moyenne de la suspen-30 sion dans une tranche verticale partant de l'intérieur de la zone de compression, s'étendant vers le haut et aboutissant au-dessus de cette zone, et régulation de la vitesse d'évacuation de la suspension enrichie en matières solides en fonction des variations mesurées de manière à maintenir le rapport solides/liquide désiré. 3s L'appareil destiné a réguler le rapport solides/ liquide de la suspension enrichie en matières solides est utilisé en liaison avec un épaississeur comportant une partie supérieure dans laquelle arrive continûment une suspension constituée par un 72 00657 4 2121715 mélange de matières solides et d'un liquide, une paroi latérale et un orifice d'évacuation à sa partie inférieure destiné à évacuer de façon continue la suspension enrichie, étant donné que la suspension, après avoir été introduite dans 1'épaississeur, 5 se dépose dans une zone inférieure de compression. Cet appareil comprend des moyens pour mesurer les variations de la densité moyenne de la suspension entre deux ouvertures ménagées dans la paroi latérale de l'épaississeur, dont l'une débouche dans la zone de compression et l'autre débouche au-dessus de la zone de com-10 pression ainsi que des moyens pour réguler la vitesse de soutirage de la suspension enrichie, en réponse aux variations mesurées, de manière à maintenir le rapport solides/liquide désiré. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui 15 va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé, dans lequel 8 la figure unique représente l'appareil selon l'invention, en partie en coupe et en partie schématiquement. Sur cette figure, la référence 10 désigne une 20 fcMve classique d'épaississement ou de dépôt. C'est en général un récipient cylindrique dont la hauteur et le diamètre sont déterminés par la nature de la suspension ainsi que le débit désiré en suspension enrichie par unité de temps. Cet épaississeur comprend une conduite d'arrivée 11 raccordée à la source de suspension-à 25 traiter. Cette conduite 11 pénètre dans la partie supérieure de l'épaississeur . Une rigole 12 de trop-plein dans laquelle le trop-plein est recueilli et envoyé dans un appareillage de traitement ultérieur entoure la partie supérieure de l'épaississeur. Le fond de l'épaississeur comporte en son centre 30 une partie conique 13 qui se rétrécit vers le bas en partant de la paroi inférieure horizontale 14 en direction d'un orifice d'évacuation 15 à son extrémité. Un râteau 16 est placé à proximité du fond et tourne à une vitesse constante afin de déplacer radia-lement vers l'intérieur les matières solides en direction de l'ori-35 fixe de sortie 15. L'arrivée de la suspension à l'épaississeur, le déversement du liquide clair provenant de la rigole 12 et l'évacuation de la suspension enrichie par l'orifice 15 de l'épaississeur 72 00657 5 2121715 sont continus. Les vitesses d'introduction et d'évacuation sont en général ajustées de manière à obtenir une suspension enrichie de densité élevée tout en maintenant la densité du trop-plein au-dessous d'une limite prédéterminée .Le profil des zones de dépôt 5 de la suspension à l'intérieur de l'épaississeur dépend de la nature de la suspension et des vitesses d'introduction et d'évacuation. La ligne en traits interrompus sur la figure représente un exemple type de limite entre les zones d'une suspension constituées par 20% d'un minerai d'oxyde nickelifère , tel qu'une la-10 térite du type garniérite ou serpentine, et 00% d'une solution aqueuse ammcniasal'' ainsi- que des dérivés de divers métaux non dissous . La vitesse d'introduction de la suspension dans l'épaississeur et la vitesse d'évacuation de celle-ci sont ajustées de v mahière à maintenir les densités à l'intérieur de l'appareil aux 15 valeurs indiquées sur le dessin. La référence 18 désigne la zone supérieure de liquide clair et la référence 1 9 désigne la zone de suspension floculée de consistance uniforme. Les références 20 et 21 désignent respectivement les zones de transition et de compression. Au-dessous de la zone de compression 21 , et au voisinage 20 de la surface latérale de l'épaississeur, se trouve une couche morte 22. Une conduite 23 qui aboutit à une pompe à vitesse variable 24 est reliée a l'orifice de sortie 15. Cette pompe est d'un type connu pour le pompage des mélanges de matières 25 solides et de liquide, par exemple centrifuge. Une conduite 25 part de la pompe 24 et aboutit a un séparateur de matières solide;- et liquides, non représenté. Deux trous 26 et 27 sont ménagés dans la paroi latérale de l'épaississeur 10. Le trou 26 se trouve un peu au-des-30 sus de la surface supérieure de la zone de compression 21 et l'ouverture 27 débouche dans la partie conique 13. Une extrémité d'une conduite hydraulique 28 aboutit au trou 26 et est reliée par son autre extrémité à la chambre 29 à basse pression d'un manomètre différentiel classique 30. Une extrémité d'une seconde con-35 duite hydraulique 31 est reliée à la chambre haute pression 32 du manomètre et l'autre extrémité de cette conduite communique avec le trou 27. Les variations de la différence de pression entre 72 00657 6 2121715 les chambres 29 et 32 sont transmises par un organe de transmission dynamométrique classique 34 à l'appareil de mesure 35. La densité moyenne de la suspension est une fonction linéaire de la différence de pression de la suspension 5 entre les deux trous. La relation entre la densité moyenne et la pression entre les trous est exprimée par la formule ci-après s - S Le manomètre 35 est étalonné de manière à indiquer directement la densité moyenne de la suspension entre les deux trous 26 et 27. 15 On peut incorporer des moyens connus, non re présentés, pour envoyer des signaux électriques ou pneumatiques à un appareil qui agit sur la vitesse de la pompe 24 quand la densité moyenne est supérieure ou inférieure à un intervalle prédéterminé. En variante, le manomètre différentiel peut être sur-20 veillé visuellement par un opérateur qui ajuste la vitesse de la pompe de manière à maintenir la densité moyenne de la suspension, entre des limites prédéterminées. Quand l'épaississeur fonctionne de la manière désirée, la limite entre la zone de transition 20 et celle de com-25 pression 21 se trouve entre les trous 26 et 27. La pression de la suspension au niveau du trou 27 est supérieure à sa pression au niveau du trou 26. La densité moyenne de la suspension entre ces deux trous est indiquée par l'appareil de mesure 35. Quand ladite limite descend, la différence de pression de la suspension 30 entre les trous 26 et 27 diminue. Cette diminution de pression est transmise au manomètre 30 et apparaît immédiatement sur l'appareil de mesure 35. Sauf si l'on entreprend des opérations cor-rectives, la densité du courant de fond de l'épaississeur diminue jusqu'à une valeur faible inadmissible et le débit du liquide qui 35 sort par l'orifice de sortie 15 est excessif. Pour ramener la limite entre les zones 20 et 21 au niveau désiré, il faut diminuer la vitesse de la pompe 24 pour augmenter la durée de dépôt des particules solides dans l'épaississeur . Lorsque la limite sus-men- 72 00657 7 2121715 tionnée monte jusqu'au niveau du trou 26, la densité moyenne de la suspension augmente et il faut augmenter la vitesse de la pompe pour accélérer l'extraction de la suspension enrichie. Une augmentation de cette vitesse d'extraction réduit le temps de dé-5 pôt des particules solides dans l'épaississeur et la densité moyenne de la suspension entre les deux ouvertures doit diminuer. Par conséquent, la vitesse à laquelle la pompe est entraînée et la vitesse à laquelle la suspension enrichie est extraite de la cuve 10 sont réglées en permanence par les correc-10 tions nécessaires pour maintenir la densité moyenne de la suspension entre les trous 26 et 27 à une valeur prédéterminée. Il importe de noter que la pression de la suspension est mesurée en deux points afin d'obtenir la densité moyennev dans une tranche verticale prédéterminée et que la limite séparant 15 les zones de compression 21 et de transition 20 se trouve dans cette tranche. Etant donné que la densité des suspensions n'augmente» le plus souvent, pas uniformément avec la profondeur, la mesure de la densité de la suspension en un seul point ne donne dans la plupart des cas que des indications peu précises ou nulles 20 concernant les variations de niveau, mêmes importantes, des limites entre les zones adjacentes de dépôt. Pour déceler des changements des niveaux des zones, la pression différentielle, ou la densité moyenne, doivent être déterminées dans une tranche verticale et la limite entre les zones adjacentes doit se trouver dans 25 cette tranche verticale. Etant donné que la densité de la suspension enrichie est très voisine de la densité de la suspension dans la partie inférieure de la zone de compression, cette tranche verticale doit contenir la limite entre les zones de compression et de transition. L'extrémité supérieure de cette tranche verti-30 cale est de préférence au-dessous de la limite séparant les zones de transition et de floculation. Si cette extrémité supérieure était au-dessus de cette limite ou des limites supérieures de dépôt, il deviendrait difficile de définir une relation entre les variations de pression différentielle de la suspension entre les 35 extrémités de la tranche verticale et les variations de densité de la suspension enrichie» Le procédé selon l'invention c'estiné à réguler le rapport solides/liquide dans la suspension est nettement supérieur aux procédés classiques consistant à prélever un courant de 72 00657 8 2121715 suspension a la partie inférieure de l'épaississeur et à mesurer la densité de ce courant. Grâce au procédé et à l'appareil selon l'invention, des variations indésirables du niveau de la limite entre les zones de compression et de transition sont détectées instan-5 tanément . On peut prendre des mesures pour remédier à ces variations immédiatement avant que le rapport solides/liquide de la suspension enrichie sorte de l'intervalle désiré. Par oontre, des variations importantes du niveau de la limite entre ces deux zones peuvent ne pas être décelées par le procédé classique à 10 moins que la densité de la suspension ne diminue fortement, ce qui indique que cette limite est au-dessous de l'épaississeur. Dans ce cas, la pompe d'évacuation doit être complètement arrêtée pour ramener cette limite au niveau nécessaire. La mise en oeuvre du procédé et de l'appareil 15 selon l'invention est relativement simple. On la décrit à titre d'exemple comme faisant partie d'une opération d'ensemble destinée à séparer des résidus non dissous ou des matières solides d'une solution de lessivage provenant du lessivage de minerais réduits de latérite par une solution aqueuse d'ammoniaque. La sus-20 pension de départ introduite dans l'épaississeur est constituée par environ 20% en poids de particules solides et 80% en poids d'une solution aqueuse d'ammoniaque» L'épaississeur a 4,26 m de diamètre et 2,44 m de hauteur. La cuve est construite en béton armé avec un revêtement 25 résistant à la corrosion et a l'abrasion et est équipée d'un mécanisme à rateau tournant.Des trous 26 et 27 sont ménagés dans la paroi de l'épaississeur , le trou 26 se trouvant à 76 cm au-dessus de la paroi inférieure 14 de l'épaississeur et le trou 27 se trouve à 7,6 cm au-dessous de la paroi inférieure 14. 30 Environ 90% des particules constituant la frac tion solide de la suspension introduite dans l'épaississeur passent au tamis de mailles de 74 microns et se déposent à la vitesse d'environ Bj4 m/h. La fraction liquide de la suspension introduite dans l'épaississeur a une densité d'environ 1,01. 35 Pour obtenir lors de l'opération de filtration un filtrat clair qui contient moins d'environ 1% de matières solides, avec une vitesse de filtration économiquement intéressante, il est nécessaire que la limite entre les zones de compression et 72 00657 9 2121715 de transition à l'intérieur de l'épaississeur soit maintenue entre 15,2 cm et 76 cm au-dessus de la paroi inférieure de l'épaississeur. Pour maintenir le niveau des matières solides à la hauteur désirée, il est nécessaire de régler la pression différentielle 5 agissant sur le manomètre 30 entre 37,7 et 58,7 cm d'eau, qui correspondent ci un intervalle des densités moyennes compris entre 1,45 et 1,70. La vitesse de la pompe 24 varie en fonction de l'écart entre la pression différentielle et des limites prédéter-10 minées. Plus exactement, si la pression différentielle est trop faible, la vitesse de la pompe 24 est réduite de manière à augmenter le temps de dépôt de la fraction solides de la suspension dans 1'épaississeur. Par contre, la vitesse de la pompe doit augmenter lorsque la pression différentielle croît au-delà de la 15 valeur désirée afin de diminuer le temps de dépôt des particules solides dans l'épaississeur. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non li-20 mitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 72 00657 10 2121715 REVENDICATIONS 1. Procédé de réglage du rapport matières solides/ liquide d'une suspension enrichie provenant d'un épaississeur 5 comportant une partie supérieure dans lequel on introduit continûment une suspension constituée par un mélange de particules solides et d'un liquide et un orifice d'évacuation à sa partie inférieure en vue d'un soutirage continu de ladite suspension en richie , ladite suspension, après avoir été introduite dans 10 ledit épaississeur, précipitant dsns une zone inférieure dite de compression, dans laquelle des agglomérats desdites particules solides reposent directement les uns sur les autres, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : mesure des variations de la densité moyenne de ladite 15 suspension dans une tranche verticale partant de ladite zone de compression et aboutissant au-dessus de ladite zone, régulation de la vitesse d'évacuation de ladite suspension enrichie en réponse auxdites variations mesurées, afin de maintenir le rapport matières solides/liquide désiré. 20 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'épaississeur comprend une zone de transition se trouvant juste au-dessus de ladite zone de compression et une zone de suspension floculée, ayant la même consistance que celle de la suspension introduite dans l'épaississeur, se trouvant juste au-dessus de 25 ladite zone de transition, la proportion desdites particules solides dans ladite zone de transition étant maximale à la partie infé-* ^.riegie de jette dernière zone et diminuant de bas en haut, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : mesure des variations de la densité moyenne de ladite 30 suspension dans une tranche verticale partant de ladite zone de compression, s'étendant de bas en haut et aboutissant dans ladite zone de transition, régulation de la vitesse d'évacuation de ladite suspension enrichie en réponse auxdites variations mesurées afin de maintenir le rapport particules solides/liquide désiré. 35 3. Procédé selon l'une quelconque des revendica tions 1 et 2» caractérisé en ce que la densité moyenne de ladite suspension est mesurée en comparant les pressions de ladite suspension aux extrémités opposées de ladite tranche verticale. 72 00657 ii 2121715 4.Epaississeur comportant s une partie supérieure dans laquelle on introduit continûment une suspension constituée par un mélange de particules solides et d'un liquide„ une paroi latérale et un orifice de sortie à sa partie inférieure 5 afin d'évacuer continûment ladite suspension après enrichissement, ladite suspension après avoir été introduite dans ledit épaississeur précipitant dans une zone dite de compression inférieure, un appareil pour réguler le rapport solides/liquide de xadite suspension enrichie , caractérisé en ce qu'il comprend g des 10 moyens pour mesurer les variations de densité moyenne de ladite zone entre deux trous ménagés dans la paroi latérale dudit épaississeur, un desdits trous débouchant dans ladite zone de compression et l'autre desdits trous débouchant dans une zone au-dessus de ladite zone de compression et des moyens pour réguler la vi-15 tesse d'évacuation de ladite suspension enrichie en répense aux variations mesurées, de manière à maintenir ledit rapport solides/ liquide désiré. 5. Epaississeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure sont constitués par un 20 manomètre différentiel à deux chambres séparées par une membrane manométrique, une conduite partant de chacune de ces chambres pour aboutir à chacune desdites ouvertures et un appareil pour indiquer les déformations de ladite membrane. %