Brevet FR2242154A1 — publié le 19750328

L'invention concerne les matériels d'extraction employeWdans l'hydro-me'tallurgie, en particulier pour l'extraction de metaux directement à partir de pulpes contenant une quantité considérable de particules solides et de matières en suspension, ainsi que pour l'extraction de métaux à partir-de pulpes filtrées (solutions pures), la séparation des liquides non miscibles de densités différentes et pour le lavage de l'extrait. Plus précisément, l'invention a pour objet un extracteur centrifuge. Actuellement, on connaît de nombreux extracteurs centrifuges prévus pour les processus hydro-metallurgioues, en particulier pour l'extraction des métaux à partir de systèmes liquide-liquide à très faible teneur en matières en suspension. Xes aerniers temps, on a procédé à des travaux d'étude et à la fabrication-d'extracteurs centrifuges pour le traitement de système constitués dlun liquide contenant des particules solides en suspension-et d'un liquide solvant, avec déchargement périodique des dépots.-- Comme produit initial, on peut par exemple utiliser un mélange de pulpe et de solvant. la pulpe est-constituée par un coneentré chimique ou un iiineraidissous dans un acide minéral, c'est-à-dire gazelle est constituée par une solution d'un composant de valeur (métal à extraire) dans l'acide minéral avec de la matière solide. Comme solvant on utilise d'ordinaire un composé organique capable d'absorber sélectivement le composant de valeur et dont la densité est inférieure à celle de la solution. On connaît, un extracteur centrifuge comportant une chambre centrifuge en forme- de cylindre et des dispositifs évacuant les produits obtenus et se trouvant dans un rotor fixé rigidement sur un arbre crevx et dans lequel sont réalisés des dispositifs amenant et répartissant le produit initial dans la chambre centrifuge. les dispositifs évacuant les produits obtenus sont exécutés sous forme de tubes logés dans l'arbre creux et se terminant dans la cha.m.bre centrifuge par des tubulures, tandis que le dispositif de distribution est constit par des canaux ménagés dans l'arbre creux. la chambre centrifuge comprend en outre une buse exécutée sous forme de plusieurs cylindres perforés, disposés concentriquement par rapport à l'axe du rotor. La buse perforée est prévue pour améliorer l'échange de masse entre le solvant et la suspension de matière initiale et pour intensifier ainsi le processus d'extraction. Cependant, pour le traitement de produits initiaux contenant une quantité considérable de matières solides, le produit initial doit être soumis à un filtrage préalable. Le filtrage de la matière initiale a pour effet de réduire la teneur en composant de valeur(métal), du fait qu'une partie de ce métal passe dans la matière solide évacuée. Au cours de l'extraction du produit initial, meme si celui-ci comporte une quantité insignifiante de matière solide, l'engorgement de la buse nécessite des arrêts fréquents de l'extracteur pour son nettoyage et son rinçage. Etant donné que les produits obtenus sont évacués par l'intermédiaire des tubulures et des tubes disposés à proximité de l'axe de rotation du rotor, le produit initial, dont les composants présentent des différences de densité considérables, doit au cours de son traitement, être amené au rotor sous un excédent de pression élevé. Il faut donc équiper l'installation d'extraction de pompes à haute pression, ce qui la rend plus coûteuse et plus difficile à exploiter (Angelo N.I., brevet Etats-Unis nO 2652975 ; podbielniak W., brevet Etats-Unis nO 2670132). On connait en outre un extracteur centrifuge, décrit dans le certificat d'auteur d'invention URSS NO 272268, constitué par un rotor dans-lesteel se trouvent une chambre centrifuge, une chambre de décantation, une buse perforée et une tubulure d'amenée, ainsi qu'un dispositif d'évacuation exécuté sous fcrme d'un tube à cuiller. Un tel extracteur centrifuge ne permet pas, lui non plus, de procéder au traitement continu d'un produit initial contenant une quantité importante de matière solide, étant donnée la nécessité dtarrêter le processus d'extraction pour procéder au nettoyage et au rinçage de l'appareil. Be.but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités. A cette fin, l'invention vise un extracteur centrifuge dont le rotor serait conçu de manière à assurer l'évacuation continue des particules solides du produit à extraire, en permettant ainsi de réaliser l'extraction à partir d'un produit caractérisé par une haute concentration volumique en composant solide, tout en simplifiant la technologie de l'extraction et en assurant l'extraction d'une quantité plus importante de métal plus pur. Ce problème est résolu du fait que dans un extracteur centrifuge comportant une chambre centrifuge et un dispositif d'évacuation du produit obtenu, logés dans un rotor calé sur un arbre horizontal creux et dans lequel sont ménagés des dispositifs d'amenée et de distribution du produit-initial-dans la chambre centrifuge du dispositif, suivant l'invèntion ledit rotor comporte une chambre centrifuge formée par une enceinte conique disposée coaxialement autour de la partie dudit arbre où se trouve le dispositif de distribution du produit initial, et en ce que le dispositif d'évacuation du produit à obtenir comporte des compartiments annulaires disposés coaxial-ement sur ledit arbre, entre les faces en bout du rotor et de la chambre centrifuge, ainsi qu'un compartiment annulaire supplémentaire qui, étant disposé coaxialement sur ledit arbre, du côté de la paroi en bout de plus grand diamètre de la chambre centrifuge et à l'intérieur de celle-ci,'forme un récipient communiquant avec la chambre centrifuge et contenant un agitateur fixe t'extracteur ainsi conçu permet de procéder au traitement continu d'un produit initial contenant une quantité considérable de matière solide dans une gamme de rapports des matières solides aux matières liquides à forte granulométrie des particules solides de l'ordre de t à 3, e--même davantage, jusqu'à des solutions pures.L'utilisation d'un produit initial à teneur considr'rable en matières solides permet à son tour de simplifier la technologie de l'extraction du composant de valeur, car elle permet de supprimer l'opération de filtrage et d'obtenir un produit pret à subir ltextractíon du composant de valeur immédiatement après l'opération de dissolution des Z12ti ères chimiques concentrées ou du minerai dans l'acide non organ1qe. outre, étant donnr que le filtrage du produit initial est supprimé, les pertes de métal à extraire sont réduites et lue pourcentage d'extraction du métal augmente. Suivant une variante de réalisation de la présente invention, l'agitateur monté d'une façon fixe dans le compertiment supplémentaire a une section dont la forme satisfait à l'équation de l'helice plane, et une section transversale à profil symétrique. Un agitateur ayant une telle forme géomçtrique permet de prévenir l'éclaboussement du liquide hors du compartiment supplémentaire. Suivant une autre variante de réalisation de l'invention, l'extracteur proposé peut comporter, dans la chambre centrifuge, une série de plateaux coniques perforés, fixés coaxialement sur ledit arbre, ainsi qu'une cloison en forme de disque partageant la série de plateaux en deux groupes, dont l'un est fixé sur la partie de l'arbre ou se trouve le dispositif-de distribution du produit initial, de façon que les plateaux soient orientés par leur plus grand diamètre vers la face en bout de moindre diamètre de la chambre centrifuge, tandis que l'autre groupe de plateaux est fixé sur l'arbre en aval de la cloison en forme de disque et de façon que les plateaux soient orientés dans le sens contraire de celui des plateaux précedemment mentionnés. La présence dans la chambre centrifuge, sur l'arbre du rotor, de plateaux coniques perforés et d'une cloison en forme dp disque permet de partager nettement le produit initial en phases, d'éviter le mélange de ces phases et donc d'améliorer notablernent,l pureté du produit extrait. Il est préférable que le dispositif de distribution du produit initial soit réalisé sous forme d'un cylindre perforé dont le diamètre est- supérieur à celui de l'arbre. Gracie à l'utilisation du dispositif de distribution proposé, il est devenu possible d'accélérer l'échange de masse entre les phases liquides en envoyant dans la chambre centrifuge de l'extracteur le produit initial divisé en gouttes. I1 est en outre préférable que sur le bout non fixé de Itagitateur soient montés des éléments de brassage en forme de chevilles. L'utilisation des éléments de brassage favorise l'évacuation des dépôts de la chambre centrifuge en engendrant une turbulence supplémentaire à proximité des parois de 1' extracteur tautres objectifs et avantages de la présente invention seront mis en évidence au cours de la description détaillée suivante d'un mode non limitatif de réalisation de l'invention, illustré par les dessins annexés qui représentent - la figure 1, lwextracteur centrifuge conforme à l'invention (vue en coupe longitudinale) - la figure 2, une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; - la figure 3, une vue en coupe suivantlII-III de la figure 1. L'organe de travail essentiel de l'extracteur centrifuge proposé est constitué par le rotor 1 monté avec possibilité de rotation sur des roulements 2. Dans le rotor t se trouve une chambre centrifuge 3 fixée, par exemple par soudage, sur un arbre 4 dont l'une des extrémités est creuse. Dans l'enceinte de l'arbre 4 est loge un tube fixe 5 pour l'amenée du produit initial dans un dispositif de distribution 6 se trouvant sur l'arbre 4 et prévu pour la répartition du produit initial dans la chambre centrifuge 3. Suivant l'invention, le dispositif de distribution 6 se présente sous forme d'une enceinte constituée par un cylindre perforé dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre de l'arbre 4. Il a été constaté que le fait que le diamètre intérieur du cylindre du dispos tif de distribrition 6 soit supérieur à celui de l'arbre 4 empêche le mouvement de retour du produit initial dans enceinte située entre le tube d'amenée 5 et l'enceinte de l'arbre 4. Les perforations du cylindre du dispositif de distribution 6 sont conçues sous forme de rangées d'orifices disposés suivant un pas uniforme. tes perforations du cylindre du dispositif de distribution 6 favorisent la fragmentation en gouttes du produit initial arrivant dans la chambre centrifuge 3. On sait que l'accroissement d-e la surface des phases du produit initial (fragmentation en gouttes) accélère l'échange de masse et intensifie le processus d'extraction On sait aussi que le produit initial arrivant dans la chambre centrifuge est partagé, sous l'effet des forces centrifuges, en une phase légère et une phase lourde qui sont ensuite évacuées de la chambre ; cependant, la pratique de l'exploitation des extracteurs centrifuges a démontré que lorsque la phase légère du produit initial est évacuée de la chambre centrifuge, elle entraîne avec elle une certaine quantité de phase lourde. Pour supprimer ce phénomène, l'invention prévoit de monter sur l'arbre 4, entre le dispositif de distribution 6 et la face en bout de moindre diamètre de la chambre centrifuge, une série de plateaux coniques perforés, dont la génératrice est inclinée sous un angle de 700 environ par rapport à l'axe de l'arbre 4. Le plus grand diamètre des plateaux 7 dépasse le niveau d'évacuation de la phase légère, mais est en deça du niveau de séparation des phases légère et lourde. Les plateaux 7 sont orientés par leur grand diamètre vers la face en bout de plus grand diamètre de la chambre centrifuge 3. L'invention prévoit en outre de monter des plateaux coniques perforés 8 sur le cylindre du dispositif de distribution 6 de façon oue chaque plateau 8 se trouve entre les rangées de perforations du dispositif de distribution 6. L'inclinaison de la génératrice du cône des plateaux 8 bar rapport g l'axe de l'arbre 4 est de 600. tes plateaux coniques perforés 8 sont disposés sur le dispositif de distribution 6 de façon à être orientés par leur grand diamètre vers la face en bout de plus faible diamètre de la chambre centrifuge 3. La présence d'une rangée de plateaux coniques perforés 8 sur le dispositif de distribution 6 permet de séparer de la façon la plus franche le produi-t initial en une phase légère et une phase lourde, grâce à la séparation supplémentaire du produit initial en couches minces. En plus des plateaux coniques perforés 7 eut8, l'invention prévoit de monter sur l'arbre 4 une cloison en forme de disque 9 ne comportant pas de perforations. La cloison 9 est disposée sur l'arbre t de façon à séparer les plateaux coniques 7 des plateaux coniques 8. la cloison en forme de disque 9 améliore l'épurage des phases du produit à extraire. I1 faut également noter que les plateaux coniques perforés 7 et 8 et la cloison en forme de disque 9 sont fixés (par exemple par points de soudure) coaxialement à l'axe 4. La chambre centrifuge 3 calée sur 11 arbre 4 est exécutée sous forme d'une enceinte conique allant en se rétrécissant dans le sens d'amenée du produit initial dans la chambre 3, ce qui prévient le dépôt, sur les parois de la chambre 3, du composant de la phase lourde constitué par les dépotes du produit à extraire, et crée un mouvement axial orienté des dépôts vers un compartiment annulaire supplémentaire 10 et ensuite vers un dispositif 10 d'évacuation de la phase lourde obtenue. Le cojnpartiment annulaire supplémentaire tO est disposé sur l'arbre 4 coaxialement à celui-ci, du côté de la paroi en bout de plus grand diamètre de la chambre centrifuge 3 à l'intérieur de cette dernière. Grâce à la présence du compartiment 10 il devient possible de maintenir dans la chambre centrifuge 3 un niveau constant de séparation des phases légère et-lourde du liquide à extraire, étant donne que le compartiment supplémentaire tO forme un récipient en communication avec -la chambre centrifuge 3. ta cloison 12 séparant le compartiment supplémentaire 10 de la chambre centrifuge 3 est constituée par un disque rigidement fixé sur l'arbre 4 et les parois coniques de la chambre centrifuge. A la pdriphérie du disque sont ménagées des échancrures 13 (figure 1 et 3) pour le transvasement seulement de la phase lourde-, avec le dépôt de produit initial, vers le compartiment supplémentaire 10. Dans le compartiment supplémentaire 10 est monté, suivant l'invention, un agitateur 14 (figures 1 et 3) fixe par rapport au rotor 1 et dont la section longitudinale a une forme géométrioue satisfaisant à ltéquation de l'hélice plane, tandis que sa section transversale a un profil symétrique. Pour l'utilisation plus efficace de l'agitateur 14, l'invention prévoit de fixer sur son bout libre, à proximité de la paroi de la chambre centrifuge 3, des élPments de brassage 15 (figure 3) qui peuvent être constitués par des chevilles. Sur l'arbre 4 sont montés coaxialement des dispositifs 1-1 et t6 d'évacuation des produits obtenus, qui sont exécutés sous forme de compartiments annulaires constitués par les parois latérales du rotor 1 et de la chambre centrifuge 3. Dans chacun des dispositifs d'évàcuation Il et 16 sont rigidement fixés des tubes en cuiller 17 et 18 courbés dans le sens opposé au mouvement de rotation des produits évacués. ta paroi en bout du dispositif d'évacuation t1, constituant également la paroi en bout de la chambre centrifuge 3, est formée par un disque annulaire79 dont le diamètre intérieur dotermine le niveau de séparation des phases lourde et lingère du produit à extraire se trouvant dans la chambre centrifuge 3. Sur la paroi en bout du dispositif d'évacuation 16, constituant également la paroi en bout de la chambre centrifuge 3, sont ménagées des ouvertures 30 pour le transvasement de la phase légère du produit traité de la chambre centrifuge 3 vers le dispositif d'évacuation 16. Des ouvertures analogues peuvent etre ménagées dans le disque en forme d'anneau l9, la superficie de ces ouvertures pouvant varier progressivement. 'extracteur centrifuge proposé fonctionne d'une façon continue de la manière suivante. Le produit initial, constitué par un mélange de pulpe et de solvant et arrivant par le tube amenée 5, atteint le cylindre perforé du dispositif de distribution 6 où, sous l1 effet des forces centrifuges, se produit le mélange définitif de la pulpe et du solvant, ainsi que la répartition du produit initial suivant la surface du cylindre perforé. la présence de trous sur le cylindre du dispositif de distribution 6 permet de diviser le produit initial, sous 1'effet des forces centrifuges, en gouttes qui sont projetées sur les plateaux coniques perforés situés dans la chambre 3 et forment sur ces derniers une couche mince. Le produit initial à extraire, ainsi distribué sur la surface des plateaux coniques 8, subit un déplacement relatif axial et radial sous l'effet des forces centrifuges. La répartition du produit à extraire en une couche mince sur les plateaux 8, ainsi que la création des conditions nécessaires au déplacement relatif mentionne du produit, permettent de procéder à une séparation franche du produit initial en phases. Comme on le sait, pendant l'extraction, le composant à séparer passe de la solution dans le solvant organique. te solvant saturé de composant de valeur s'appelle "extrait", tandis- que la solution relativement débarrassée du composant de valeur est appelée "produit raffiné". Sous l'effet des forces centrifuges engendrées an cours de la rotation du rotor 1, le mélange initial de pulpe et de solvant est partagé dans la chambre centrifuge 3 en produit raffiné (avec dépôts) et en extrait. Etant donné que le produit raffiné avec les dépôts forme une phase plus lourde, il se trouve à proximité de la paroi conique de la chambre centrifuge 3 et, en se déplaçant vers le côté de plus grand diamètre de celle-ci, débouche dans le compartiment annulaire supplémentaire 10 en passant par les échancrures t3 de la cloison I. Le compartiment annullaire surylémentaire 10, assure le maintien dans la chambre centrifuge 3 d'un niveau détermine de séparation des phases lourde et légère du produit initial, indépendamment du volume du produit à extraire. Dans le compartiment annulaire supplémentaire 10 se trouve l'agitateur 14, qui est fixe par rapport au rotor 1, et dont la section transversale a un profil satisfaisant à l'équation de l'hélice plane, tandis que sa section transversale a un profil symétrique. Sur le bout non fixé de l'agitateur 14 sont prévus des él ments de brassage t5 se présentant, par exemple, sous forme de chevilles. L'agitateur 1-4 assure la turbulence du flux de produit raffine avec les dépots dans le compartiment supplémentaire 10. Par suite de cette turbulence du produit raffiné 1, la matière solide du dépôt est transformée en matière en suspension. Les particules solides en suspension sont entraînées par le flux de produit raffiné à travers l'orifice du disque annulaire 19 pour déboucher dans le dispositif d'évacuation 11. Sous l'effet de la poussée (le produit raffinE avec le dépôt tourne en commun avec le rotor 1, tandis que le tube à cuiller 17, courbé dans le sens opposé au mouvement de rotation, reste fixe), le produit raffiné contenant le dépôt est évacué sous pression de l'extracteur centrifuge. Le produit extrait, en tant que phase plus légère, se situe, sous l'effet des forces centrifuges, plus près de l'axe du rotor, et son niveau minimal est déterminé par la disposition des ouvertures de transvasement ?0. Le produit extrait est véhiculé le long de l'axe du rotor I vers le côté de plus faible diamètre de la chambre centrifuge conique 3. Sous l'effet des forces centrifuges, l'extrait surmonte la résistance de la cloison en forme de disque 9 et subit une séparation en couches minces sur les plateaux coniques perforés 7, l'extrait surmonte en outre la résistance des plateaux 7, se d-'-barrasse des gouttes de dispersion du produit raffiné et s'écoule pnr les perforations d'un plateau à l'autre jusqu'aux ouvertures de transvasement 20. L'extrait débarrassé du produit raffiné passe par les ouvertures de transvasement 20 et arrive dans le dispositif d'évacuation 16 à partir duquel, de la même façon que le produit raffiné, il est évacué de l'extracteur à l'aide du tube à cuiller 98. L'extracteur centrifuge faisant l'objet de la présente invention peut trouver de larges appplications dans les processus technologiques faisant appel à un seul extracteur ou à plusieurs extracteurs disposés en série. Lorsqu'on utilise un- seul extracteur centrifuge, il faut employer des produits initiaux préalablement mélangés. En cas d'extraction échelonnée dans plusieurs ~extracteurs en série, on prévoit, pour le mélange des produits initiaux (solution et solvant) dans chaque extracteur centrifuge, un dispositif d'introduction pouvant se présenter sous forme d'un tube courbé dans le sens de rotation da rotor et vers le dispositif d'évacuation, et raccordé par l'intermédiaire d'une tuyauterie à un tube de prélèvement de l'extrait de l'étape d' ex;traction - précédente. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des equivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et-mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. extracteur contrifuge, du type comportant une chambre centrifuge et UN dispositif d'évacaation du produit à obtenir, montés dans un rotor fixé rigidement sur un arbre creux horiontal et dans lequel sont ménagés des dispositifs d'amende et d distribution du produit initial dans la chambre centrifuge, caractérise en ce que le rotor est éqipé d'une chambre centrifuge formée par une enceinte de forme conique disposée coaxialement autour de la partie de l'arbre sur laquelle se trouve le dispositif de distribution du produit initial, d'un dispositif d'évacuation du produit à obtenir, comportant des compartiments annulaires disposés coaxialement sur ledit arbre, entre les parois en bout du rotor et de la chambre centrifuge et d'un compartiment annulaire supplémentaire dispose coaxialement sur ledit arbre, du côté de la paroi en bout de plus grand diamètre de la chambre centrifuge et à l'intérieur de celle-ci, ledit compartiment supplémentaire constituant un récipient communiquant avec la chambre centrifuge et contenant un agitateur fixe ?. Extracteur centrifuge suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ?.'agitateur monté fixe dans le compartiment supplémentaire a une section longitudinale dont la forme satisfait à l'équation de l'hélice plane, et dont la section transversale a un profil symétrique. 3. Extracteur centrifuge suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 1a chambre centrifuge comporte une série de plateaux coniques perforés calés sur ledit arbre coaxialement à ce dernier et ure cloison en forme de disque partageant ladite série de plateaux en deux groupes, dont l'un est fixé sur la partie de l'arbre où se trouve le dispositif de distribution du produit initial, les plateaux de ce groupe étant orientés par leur grand diamètre vers la face en bout de plus faible diamètre de la chambre centrifuge, tandis que l'autre groupe de plateaux est fixé sur l'arbre en aval de la cloisc'-rn en forme de disque, les plateaux de ce deuxième groupe étant orientés dans le sens opposé à celui des plateaux du groupe cité en premier. 4. Extracteur centrifuge suivent l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de distribution du produit initial est exécuté sous forme d'un cylindre perforé, dont le diamètre est supérieur à celui de l'arbre. 5. Extracteur centrifuge suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce o;ue sur le bout non fixé de l'agitateur sont prévus des éléments de brassage en forme de chevilles