Brevet FR2191945A1 — publié le 19740208

La présente invention concerne un procédé de flottation de particules solides, liquides ou de matières en suspension dans l'eau. Elle concerne également des appareils de flottation pour mettre en oeuvre ce procédé. Les techniques de flottation sont bien connues dans les industries minières et de traitement des eaux où elles sont utilisées pour séparer des solides et des liquides. En dehors des cas de flottation naturelle des corps plus légers que l'eau, la flottation apparente est basée sur l'adhésion de bulles de gaz à la surface des particules solides, liquides ou floculées dont la flottabilité est ainsi augmentée ce qui les fait monter à la surface où on les récupère au moyen de racleurs. L'efficacité de la flottation dépend de la finesse des bulles. En particulier, les bulles doivent etre d'autant plus fines que la surface des particules à séparer est plus mouillable. Dans un procédé connu de flottation, on envoie de l'air sous pression dans la masse liquide en y créant ainsi des bulles relativement grosses. Un autre procédé utilise la détente d'une eau pressurisée qui permet la création de microbulles. Toutefois, pour obtenir des microbulles de l'ordre du micron, on utilise une technique de formation de bulles par électrolyse, les bulles étant formées d'hydrogène et d'oxygène. Ces procédés présentent plusieurs inconvénients. Ils nécessitent des des appareillages relativement compliqués, consomment de l'énergie pour l'entretien de la formation de bulles et sont sujets à des corrosions quand les bulles de flottation contiennent de l'oxygène ce qui est le cas quand le gaz insufflé est de l'air ou le résultat d'une électrolyse. De plus, l'élec- trolyse nécessite que la phase électrolysée ait une conductivité contrôlée. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un procédé de flottation évitant les inconvénients mentionnés ci-dessus, tout en permettant d'obtenir des microbulles aussi fines que celles créées par électrolyse. Suivant une caractéristique de la présente invention, il est prévu un procédé de flottation dans lequel les bulles sont obtenues en faisant réagir sur liteau un métal déplaçant l'hydrogène de l'eau. Suivant une autre caractéristique de l'invention, ledit métal est de l'aluminium dont la surface a été préparée par traitement au moyen de très faibles quantités de mercure ou de sels de mercure. Les avantages du procédé de l'invention apparatssent alors immédiatement. Les microbulles obtenues par attaque de l'eau par l'aluminium ont des dimensions du même ordre de grandeur que celles obtenues par électrolyse car il s'agit de deux réactions chimiques analogues. Aucune source d'énergie rtest nécessaire pour la formation des Dulles. Le gaz des bulles étant de lthydro- gène, il n'y a plus de problèmes de corrosion par oxydation. Comme on vient de le dire la surface de l'aluminium est traitée de manière que la couche d'oxydes hydratés qui se forme à la surface de 1 'alumi- nium n'adhère à celle-ci, ce qui arrêterait la réaction entre l'eau et l'aluminium et, partant, le dégagement des microbulles d'hydrogène. Le mercure à l'état de traces à la surface de l'aluminium assure la mise à nu continuelle de l'aluminium et les oxydes hydratés sont définitivement décollés de la surface par le dégagement de microbulles. Il faut noter que les oxydes hydratés libérés de la surface de l'aluminium participent au collage des particules à flotter. Cependant, comme dans le cas de l'hydroxyde obtenu d'une manière classique par hydrolyse d'un sel d'aluminium, on peut ajouter dans le fluide à flotter un adjuvant de floculation, tel qu'un polyacrylamide, qui permet d'agglomérer les petits flocons qui sont ensuite flottés plus aisément. Si nécessaire, la flottabilité peut être améliorée en modifiant la constante de tension superficielle du fluide à flotter par un agent tensioactif tel qu un corps gras sulfoné ou, dans certains cas, par un alcool aliphatique en très petite quantité. La stabilité de la couche flottée s'en trouve augmentée en conséquence. Suivant une autre caractéristique, l'eau avec laquelle l'aluminium réagit est celle du fluide à flotter, c'est à dire dont on veut faire flotter les particules. Suivant une autre caractéristique, l'eau avec laquelle l'aluminium réagit n'est pas celle du fluide à flotter, mais une eau de caractéristique définie, et cette eau chargée de microbulles d'hydrogène est injectée dans la masse du fluide à traiter ou mélangée avec celui-ci. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, le dégagement de microbulles d'hydrogène est commandé en faisant varier le pH du fluide à flotter ou de l'eau réagissant avec l'aluminium, ledit dégagement augmentant quand on s'écarte du point de neutralité. Il faut également noter qu'il n'y a aucun danger d'inflammation de l'hydrogène, la couche flottée éteignant instantanément tout corps igné. Suivant une autre caractéristique de l'invention, il est prévu pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, un flottateur formé d'un bassin à une extrémité duquel le fluide brut à flotter est introduit environ à mi-hauteur et dont le fluide flotté est extrait par une cloison sipho#de dont la paroi descend au-dessous de la hauteur moyenne du fluide et disposée à l'autre extrémité du bassin, dans lequel sont placées légèrement au-dessus du fond et en majorité du coté de l'entrée du fluide brut des plaques d'aluminium traitées au moyen de traces de mercure ou de sel de mercure, un dispositif racleur tant placé au-dessus de la surface du fluide dudit bassin pour éliminer la surépaisseur de couche de mousse flottée, des moyens pour régler le débit du fluide brut à l'entrée du bassin en fonction de l'épaisseur de la couche de mousse flottée et, au fond au bassin, des moyens pour éventuellement évacuer les boues lourdes. Suivant une autre caractéristique, il est prévu un flottateur comportant un bassin principal comportant, à une première extrémité, une entrée de fluide brut et, à l'autre extrémité, une sortie de fluide flotté comportant une cloison siphoTde, un racleur pour éliminer la surépaisseur de mousse flottée, et une enceinte auxiliaire comportant, à une première extrémité, une entrée d'eau et, à une seconde extrémité, une sortie d'eau chargée de microbulles, dans sa partie inférieure des plaques ou des déchets d'alumi nium traités comme indiqué ci-dessus et, la partie supérieure de l'enceinte étant fermée, un évent permettant l'échappement de l'hydrogène en excédent, ladite eau chargée de microbulles étant mélangée avec le fluide brut à l'entrée ou dans le bassin principal. Suivant une autre caractéristique, l'entrée de l'enceinte auxiliaire est reliée à la sortie du bassin principal, l'eau entrant dans ladite enceinte auxiliaire étant prélevée sur l'eau flottée dans le bassin principal. Suivant une autre caractéristique, la quantité de bulles est réglée en faisant varier la valeur du pH du bassin de flottation ou de l'enceinte contenant les plaques d'aluminium en ajoutant dans le bassin ou dans l'enceinte des quantités convenables d'acides ou de bases. Suivant une autre caractéristique, il est prévu un flottateur comprenant un bassin cylindrique et un tube axial par lequel est introduit le liquide à traiter, ledit tube étant muni à son extrémité inférieure d'un cone déflecteur orientant le courant d'entrée du liquide brut vers le haut et portant au niveau de la surface libre de la mousse flottée un racleur radial, ledit bassin contenant dans sa partie inférieure un ensemble de plaques d'aluminium traitées, comportant à sa partie supérieure des bords pour récupérer les mousses et une ouverture en son fond pour évacuer le liquide flotté. Suivant encore une caractéristique, les plaques d'aluminium ont leurs grandes faces verticales ou très inclinées. Suivant une autre caractéristique, les plaques d'aluminium sont entrecroisées pour former une grille dont la géométrie est fonction de celle du bassin, à mailles rectangulaires dans un bassin rectangulaire et suivant des rayons dans un bassin circulaire. Suivant une autre caractéristique, les plaques d'aluminium ovt leurs grandes faces horizontales, les faces du dessous étant recouvertes par une couche protectrice. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un flottateur suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe transversale d'un flottateur du type de celui de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue en coupe longitudinale d'une variante du flottateur de la Fig. 1, la Fig. 4 représente une vue schématique d'un flottateur associé à un générateur de microbulles d'hydrogène suivant l'invention, la Fig. 5 représente la coupe schématique axiale d'un flottateur cylindrique suivant l'invention, et la Fig. 6 représente la coupe schématique axiale d'un autre flottateur cylindrique suivant l'invention, particulièrement destiné aux expériences et aux mesures en laboratoire. A la Fic. 1, un bassin 1 de forme générale rectangulaire est montré er coupe longitudinale avec la canalisation 2 et la cloison siphorde 3 associée à la goulotte de sortie 4. Légèrement au-dessus du fond et particulièrement du coté de la canalisation d'entrée 2, c'est à dire à droite sur la Fig. 1, sont disposées des plaques d'aluminium 5 assemblées, par exemple, pour former une grille dont les mailles sont des surfaces verticales. Au-dessus du bassin 1, est disposé un racleur d'écume 6 de type classique. Avant d'etre introduites dans le bassin, les plaques d'aluminium 5 ont été traitées en surface avec des traces de mercure ou de sels de mercure. Par exemple, le traitement peut comprendre un décapage préalable des plaques avec une solution diluée de soude suivi d'une immersion dans une solution chlorhydrique de chlorure mercurique ou dans une solution nitrique de nitrate mercurique. Ainsi traité, l'aluminium peut attaquer l'eau en formant un hydrate d'aluminium et ze l'hydrogène. la réaction ne s'arrête pas car la couche d'hydrate ne passive pas la surface de 'aluminium en se collant sur cette surface, mais au contraire s en détache continuellement sous forme de minces couches ce qui a pour effet de mettre a nu de l'aluminium qui continue à attaquer l'eau.Pratiquement le mercure utilisé reste à la surface de l'aluminium. En effet, il ne peut former de combinaison chimique et s'amalgame de nouveau avec une autre particule d'aluminium, l'amalgame étant l'élément actif de la réaction avec l'eau. Cela est très important car il faut éviter que le mercure ne s'échappe ce qui est le cas tant qu'il y a de l'aluminium dans le bassin de flottation. L'hydrogène libéré au cours de la réaction forme des microbulles 7 qui montent & la surface. La distribution des microbulles dans le bassin 1 est sensiblement celle représentée à la Fig. 1 quand on a atteint un régime continu de flottation en tenant compte du débit de liquide à traiter à entrée de la canalisation 2 et de la position des plaques 5. On doit, en effet, éviter de faire passer des bulles entre la cloison siphoTde 3 et la goulotte 4 car ces bulles n'interviennent plus dans le processus de flottation et, d'autre part, & la surface du liquide & l'intérieur du bassin 1, la répartition des bulles doit entre aussi uniforme que possible pour obtenir une masse flottée d'éwaisseur pratiquement constante. La Fig. 2 est une coupe transversale d'un flottateur du type de celui de la Fig. 1, le plan de coupe passant par la grille des plaques 5. Les parois latérales 8 et 9 du bassin sont verticales ce qui convient, par exemple, à la flottation d'un liquide peu chargé pour obtenir une couche flottée mince. De plus, au fond du bassin, sont prévues des rigoles 10 et 11 dans lesquelles se rassemblent des boues lourdes qui ne peuvent flotter. Le rassemblement des boues dans les rigoles 10 et 11 peut être facilité en prévoyant un fond de bassin 12 non horizontal, mais présentant des parties inclinées vers les rigoles. Le bassin est complété par des pompes, non montrées, aspirant les boues lourdes. Dans le cas de la flottation d'un liquide très chargé, on pourrait prévoir des parois latérales de bassin non verticales, mais plutôt évasées vers l'extérieur. Cette forme permet alors d'obtenir une couche flottée moins épaisse et répartie sur toute la largeur du haut du bassin. De plus, si les parois du bassin sont en béton, cette forme est plus facile à réaliser. La Fig. 3 est une coupe longitudinale d'une variante de flottateur comportant un bassin dans lequel on trouve de haut en bas, la couche flottée, la canalisation d'entrée 13 introduisant le fluide brut, le réseau de plaques d'aluminiui éventuellement réparties sur toute la section du bassin et le collecteur 14 qui peut être ramifié et qui soutire le fluide flotté. A noter que de préférence les ouvertures de la canalisation 13 sont percées & la surface supérieure de celle-ci si bien que les courants de fluide brut ont la direction des flèches. Les microbulles créées par les plaques 5 d'aluminium entraînent rapidement vers la couche flottée les particules liquides ou solides entratnées par le fluide sortant de 13. La Fig. 4 montre un système de deux bassin destinés à la flottation de m matières entrant dans le bassin principal 15 par l'entrée 16. Le générateur de microbulles comporte une enceinte 17 contenant des plaques ou des déchets d'aluminium traités comme on l'a dit plus haut et indiqués en 18. L'enceinte 17 est & l'exception d'un évent 19, fermée àsa partie supérieure; elle comporte une entrée d'eau 20 et une sortie d'eau 21. Au cours de la réaction de l'eau passant dans 17 sur l'aluminium 18, l'eau se charge en bulles d'hydrogène, sort par 21 et est mélangée avec le fluide brut transporté par la conduite 22 dans une vanne mélangeuse 23, qui peut être de construction classique. Ainsi le liquide chargé de matière à flotter entrant par 16 dans 15 est également chargé de microbulles.A noter que entrée 16 peut, selon le cas, être une entrée complexe à plusieurs orifices permettant d'atteindre une bonne distribution des bulles dans le bassin 15. L'eau introduite dans l'enceinte 17 peut etre dérivée de la sortie 24 du bassin 15 et être, avant l'entrée 20, mélangée avec une solution basique ou acide introduite par 25 dans la vanne mélangeuse 26. C'est d'ailleurs dans ce cas que le générateur auxiliaire de bulles 17 trouve sa pleine efficacité. En effet, au cours d'expériences, on a pu remarquer que la quantité des microbulles d'hydrogène produites dans la réaction de l'eau sur l'aluminium traité était fonction du pH de l'eau et augmentait quand on s'écartait du point de neutralité.Cette remarque est mise à profit dans l'exemple de réalisation de la Fig. 4 car la quantité de bulles produites dans l'enceinte 17 est indépendante du pH du liquide brut entrant par la canalisation 22. Si, par exemple, le fluide brut est basique, on peut ajouter une solution acide par 25 et 26 en obtenant un bon dégagement de bulles et l'acide ajouté neutralisera le caractère basique du fluide brut dans 15. Cette neutralisation in situ présente l'avantage de provoquer une coagulation supplémentaire.-En effet, à la sortie du générateur 17, l'eau transporte non seulement des bulles, mais également des ions Al+++, si le pH de 17 est acide, ou Alto2 (aluminate), si le pH de 17 est alcalin.Dans les deux cas la neutralisation par mélange donne naissance à un floc chimique: Al + + 3 H20 - Al(OH)3 + 3 AlO2 + 2 H20 -3- Al(OH)3 + OH On aura ainsi réalisé à la fois une floculation, la flottation et la neutralisation pour obtenir à la sortie 24 de l'eau flottée neutre. L'évent 19 permet d'éliminer directement l'hydrogène en excès. La Fig. 5 montre un autre exemple de réalisation comportant un bassin, par exemple cylindrique, 27 avec une entrée 28 au fond du bassin pour le liquide brut, un compartiment générateur de microbulles défini par une cloison 29 et contenant des plaques ou des déchets d'aluminium traité 30, une zone de flottation définie par la cloison siphoSde 31 et une goulotte de récupération du liquide flotté 32. Cette disposition peut permettre de profiter de la géométrie de révolution pour améliorer la distribution des microbulles sous la mousse flottée. La Fig. 6 montre un autre exemple de réalisation convenant particulièrement à des expériences et/ou des mesures de laboratoire, Le bassin 33 peut être un simple vase en verre 33 muni d'une goulotte de récupération des matières flottées 34 et comportant une tubulure de sortie 35 au fond du vase. Le liquide brut est introduit par un tube vertical axial 36 surmonté d'un vase d'alimentation 37, le débit d'entrée étant réglé par un robinet 38. Le tube 36 peut servir d'axe à un moteur entraînant un racleur 39. Un déflecteur 40 est monté à la partie inférieure de 36 dont il est rendu solidaire par des moyens quelconques non montrés. Enfin, des plaques d'aluminium 41 sont disposées au-dessous du déflecteur 40, ces plaques d'aluminium traité pouvant également être rendues solidaires du tube 36 par des moyens quelconques non montrés. Dans ce dernier cas très utile pour des expériences, le vase 33 peut être un vase transparent ordinaire et la sortie 35 entre remplacée par des siphons classiques prenant l'eau flottée au fond du vase.Dans l'exemple de la Fig. 6, le liquide brut entre dans 33 par le bas de 36, le courant entrant est dirigé vers le haut par le déflecteur 40 ce qui facilite la flottation et le liquide flotté est extrait par la tubulure 35. Si le vase 33 est en verre, il est très facile d'observer le comportement des matières flottées et la structure du mélange de matières flottées et d'écume 42. A la Fig. 1, on a représenté la mousse flottée 43 répartie entre des cloisons 44. Ces cloisons 44 peuvent être également en aluminium très faiblement traité et en créant des bulles au sein de la mousse, améliore la flottation de la couche de mousse. Les cloisons 44 sont sensiblement verticales ou inclinées comme le montre la Fig. 1 suivant le sens de mouvement du racleur 6 qui dans l'exemple montré racle de gauche à droite. Quand on utilise l'aluminium sous forme de plaques telles que les plaques 5, c'est à dire disposées verticalement. les deux faces des plaques peuvent entre activées par du mercure, les différentes structures correspondant à la géométrie du bassin: grille rectangulaire dans un bassin rectangulaire, structure rayonnante ou en spirale dans une géométrie de révolution, etc. Quand on utilise l'aluminium sous forme de plaques horizontales comme les plaques 41 montrées à la Fig. 6, il est préférable de recouvrir la face inférieure d'un vernis ou d'un autre revêtement protecteur pour éviter que les bulles formées dessous ne s'agglomèrent pour monter sous forme de grosses bulles qui viendraient perturber le gateau de mousse flottée. A noter que l'on peut faire varier la quantité des microbulles créées en faisant varier le pH, mais qu'il peut etre parfois plus commode de faire varier cette quantité par application ou non d'un potentiel faible pour une 2 consommation de courant extrAemement faible de l'ordre de quelques mA/dm En moyenne, on peut estimer que la consommation en aluminium, c'est à dire sa vitesse de solution, est de quelques microns à quelques dizaines de microns par heure. Parmi ses exemples de flottations réalisées au cours d'expériences suivant le procédé de l'invention, on peut citer les cas suivants: 1) On a fait passer un effluent de suiferie sans floculation préalable dans un appareil tel que celui de la Fig. 6. Toute la graisse est récupérée en surface avec l'hydrate d'alumine qui a "collé" une partie des substances dissoutes ou collordales. 2) Un effluent de conserverie de viandes est d'abord traité par du sulphate d'alumine et de la chaux, puis flotté suivant l'invention. L'eau flottée ne contient plus qu'une partie très petite de matières en suspension. 3) Des eaux de cabine de pistoletage chargées de peintures sont floculées à l'aide de chlorure ferrique, puis flottées suivant l'invention. L'eau flottée est rigoureusement exempte de corps solides et partiel lement débarassée de solvants volatils hydrosolubles adsorbés par l'hydrate d'alumine. Bien que les principes de la présente invention aient été récrits ci-dessus en relation avec plusieurs exemples de réalisation, il faut comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé de flottation par microbulles caractérisé en ce que les microbulles sont obtenues en faisant réagir sur de l'eau un métal déplaçant l'hydrogène de l'eau. 2) Procédé de flottation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit métal est de l'aluminium dont la surface a été activée par traitement au moyen de très faibles quantités de mercure ou de sels de mercure ou d'un mélange de mercure avec un ou plusieurs de ses sels. 3) Procédé de flottation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'eau de la réaction est celle du fluide à flotter. 4) Procédé de flottation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'eau de la réaction est une eau dont le pH a été choisi de manière convenable et en ce que cette eau chargée de microbulles d'hydrogène est injectée dans la masse du fluide à flotter ou mélangée avec celui-ci. 5) Procédé de flottation suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dégagement de microbulles d'hydrogène est commandé en quantité et en dimension en faisant varier le pH du fluide à flotter ou de l'eau de la réaction, ledit dégagement augmentant quand on s'écarte du point de neutralité. 6) Flottateur fonctionnant suivant le procédé de flottation des revendications 1, 2, 3 ou 5, caractérisé en ce qu'il est formé d'un bassin à une extrémité duquel le fluide brut à flotter est introduit environ à mi-hauteur et dont le fluide flotté est extrait par une cloison siphoïde de hauteur convenable, dans lequel sont placées légèrement au-dessus du fond et en majorité du coté de l'entrée du fluide brut des plaques d'aluminium à surfaces activées, un dispositif racleur étant placé au-dessus de la surface de la mousse flottée pour éliminer la surépaisseur de mousse flottée,# des moyens pour régler le débit du fluide brut à l'entrée du bassin en fonction de l'épaisseur de la couche de mousse flottée et, au fond du bassin, des moyens pour éventuellement évacuer les boues lourdes. 7) Flottateur fonctionnant suivant le procédé de flottation des revendication 1, 2, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un bassin principal avec une entrée de fluide brut et une sortie de fluide flotté, un racleur pour éliminer la surépaisseur de mousse flottée, et une enceinte auxiliaire comportant d'un coté une entrée d'eau et de l'autre coté une sortie d'eau chargée de microbulles, des plaques ou des déchets d'aluminium à surfaces activées étant disposés dans la partie inférieure de ladite enceinte dont la partie supérieure est fermée, mais comporte un évent permettant l'échappement de l'hydrogène en excédent, ladite eau chargée de microbulles étant mélangée avec le fluide à l'entrée ou dans ledit bassin principal. 8) Flottateur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'entrée de ladite enceinte est reliée à la sortie du bassin principal, l'eau entrant dans ladite enceinte étant prélevée sur l'eau flottée dudit bassin principal. 9) Flottateur fonctionnant suivant le procédé de flottation des revendications 1, 2, 3 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend un bassin cylindrique et un tube axial per lequel est introduit le fluide à flotter, ledit tube étant muni à son extrémité inférieure d'un cône déflecteur orientant le courant d'entrée du liquide à flotter vers le haut et portant au niveau de la surface libre de la mousse flottée un racleur radial, ledit bassin contenant à sa partie inférieure un ensemble de plaques d'aluminium à surfaces activées, comportant à sa partie supérieure des bords pour récupérer les mousses en excès et, au fond, une sortie pour évacuer le liquide flotté. 10) Flottateur suivant l'une des revendications 6 à 9 ou fonctionnant suivant le procédé d'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques d'aluminium à surfaces activées ont leurs grandes faces verticales ou très inclinées. 11) Flottateur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites plaques sont entrecroisées pour former une grille dont la géométrie est fonction de celle du bassin, à mailles rectangulaires dans un bassin rectangulaire et suivant des rayons et des arcs dans un bassin de révolution. 12) Flottateur suivant l'une des revendications 6 à 9 ou fonctionnant suivant le procédé d'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les plaques d'aluminium à surfaces activées ont leurs grandes faces horizontales, les faces du dessous étant recouvertes par une couche protectrice.