Brevet FR2426098A1 — publié le 19791214

La présente invention concerne les procédés et installations de traitement d'articles dans un bain contenant des produits de traitement polluants, et plus particulièrement les procédés, et installations de mise en oeuvre correspondantes, du type consistant à faire séjourner des articles à traiter dans un bain de traitement constitué par un liquide contenant au moins un produit de traitement, puis à faire séjourner ces articles dans au moins un bain de rinçage dans lequel on introduit en continu un débit donne d'un fluide de rinçage à l'etat liquide et qui peut être vaporise,ledit produit de traitement étant un polluant à l'égard de ce fluide de rinçage et le fluide de rinçage introduit dans le bain de rinçage etant non pollué, un même débit du fluide de rinçage,pollue du fait du rinçage,étant par ailleurs extrait en continu de ce bain de rinçage. On connait déjà des procédes de ce type, utilisés par exemple pour les traitements de surface de zincage, dans lesquels le fluide de rinçage pollue, extrait à partir du bain de rinçage, est envoyé à une station d'épuration, d'ou il est rejeté finalement, après épuration, dans le milieu extérieur, ce qui est notamment le cas lorsque le fluide de rinçage utilisé est de l'eau de ville ou de rivière etqie,après épuration, il est rejeté à la rivière. Dans ce procédé connu, la quantité de produit de traitement polluant que les articles traités abandonnent dans le bain de rinçage et qui passe par conséquent à la station d'epuration ou à la rivière, représente un pourcentage extrêmement important, qui peut par exemple atteindre 97 % dans le cas du zincage, par rapport au produit fourni au bain de traitement. Or, cette quantite de produit qui passe à la riviere ou dans les boues évacuées à la sortie des stations d'épuration, ne peut être récuperée, du moins sans frais prohibitifs, et est dcnc totalement perdue pour le traitement, de sorte que le rendement de ce dernier est extrêmement faible, par exemple de l'ordre de 3 %.Il en résulte que la consommation en produit de traitement est considérable et représente, de ce fait, une part tres importante du coût du procédé, atteignant par exemple un tiers de celui-ci dans le cas du zincage. En outre, les stations d'épuration nécessaires sont des installations qui exigent une surface importante et des locaux spéciaux, dont le prix dépasse en général, et souvent de la moitié, celui du reste de la chaîne de traitement. De plus, étant donné qu'elles sont relativement complexes, ces stations exigent une main-d'oeuvre spécialisée dont le salaire accroît, par ailleurs, le coût d'exploitation. Il se trouve, en outre ss que, dans les procédés connus utilisant les phénomènes électrochimiques tels que l'électrolyse, la température du bain de traitement a tendance à s'élever rapidement sous effet du passage du courant (elle pourrait atteindre 60 à 80"C dans le cas du zincage), de sorte que l'on doit stabiliser cette température, par exemple a 30"C, à l'aide d'appareillages qui sont d'un prix très élevé. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un procédé et une installation supprimant l'ensemble des inconvénients précités, en permettant de réduire considerablement les prix de revient,tant en ce qui concerne le cot des moyens matériels nis en oeuvre, que les coûts d'exploitation en main-d'oeuvre et en produit de traitement. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé du type precité, caractérisé en ce qu'on utilise comme liquide du bain de traitement le même liquide que le fluide de rinçage, on envoie en continu dans le bain de traitement le fluide de rinçage pollué extrait à partir du bain de rinçage, on extrait également en continu un débit donné de ce bain de traitement, on soumet ce bain de traitement extra t a une vaporsation au cours de laquelle se \ta?orise une partS c du liquide contenu dans ce bain extrait, on met ce liquide vaporisé en présence d'un flux de gaz non polluant, de manière que ce dernier entraîne avec lui ce liquide vaporisé, et on met enfin à l'atmosphère ce gaz non polluant entraînant le liquide vaporise, le débit d'extraction du bain de traitement et les paramètres du flux de gaz non polluant étant choisis de maniere que le débit de liquide vaporisé mis à l'atmosphère soit égal au débit de fluide de rinçage liquide introduit dans le bain de rinçage. Elle a également pour objet une installation du type comprenant, d'une part, un poste de traitement qui presente une entrée de produit de traitement, et, d'autre part, un poste de rinçage qui présente une entrée et une sortie de fluide de rinçage dont la premiere est raccordée à un poste d'alimentation en fluide de rinçage, ainsi qu'un dispositif de transfert d'articles à traiter vers et hors de ces postes de traitement et de rinçage, caractérisée en ce que la sortie du poste de rinçage est raccordée à une seconde entrée du poste de traitement et en ce que celui-ci comporte une sortie de bain de traitement raccordée à un poste de vaporisation, celui-ci présentant, par ailleurs, une entrée de gaz non polluant et deux sorties, l'une de gaz non polluant chargé de fluide de rinçage vaporisé et l'autre de bain de traitement raccordée à une troisième entrée du poste de traitement. La description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, a uniquement pour but de bien faire comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Sur les dessins : - la figure 1 represente un mode de réalisa- tion particulier d'une installation de traitement conforme à l'invention, - la figure 2 illustre, par un schm3 de blocs, les différentes phases du procédé mis en oeuvre à l'aide de cette ins lallation. L'installation représentée comprend huit postes principaux, à savoir un poste de traitement principal 1, un poste d'alimentation 2, un poste de rinçage en cascade à contre-courant 3, un poste de rinçage mort 4s un poste de vaporistio" et rPcyc'?ge 5, un poste de filtration 6, un poste de pré-traitement 7 et un poste de finition 8. Le poste de traitement principal 1 comprend une cuve électrolytique 9, munie de moyens de mise sous tension et contenant un bain de traitement 10, des moyens d'alimentation en produit de traitement 11, un dispositif de.contrôle de la température du bain comportant un thermostat 12 et une série de thermoplongeurs 12a,par exemple du type quartz-silice ou pyrex, et un dispositif 13 de contrôle du niveau du bain par électrode plongeante. Le poste d'alimentation 2 est raccordé à un réseau d'alimentation extérieur non représenté, par exemple le reseau d'eau de ville, et il est essentiellement constitué par une pompe d'alimentation du type peristaltique ou centrifuge actionnée par l'électrode du dispositif 13, cette pompe pouvant être remplacée par une électrovanne. Le poste de rinçage 3 comprend trois cuves 141,142 et 143 montées en série entre la cuve 9 et le refoulement de la pompe 2 , grace à des tuyauteries 15 permettant une circulatfon de fluide à débit égal , de la pompe vers la cuve 9 et à travers les cuves successives 14. Ces dernières contiennent respectivement des bains de rinçage 161, 162 et 163, dont la nature et les concentrations seront indiquées plus loin. Le poste de rinçage mort 4 comprend une cuve de rinçage unique 17 qui contient un bain 18-dont la concentration sera egalement indiquée plus loin. Aux trois postes de traitement 1 rinçage mort 4 et rinçage 3, est associé un dispositif de transfert 19 permettant, d'une part, de déplacer verticalement un support 20 d'articles à traiter, de manière à immerger celui-ci dans un bain et à l'en retirer, et, d'autre part, de déplacer ce support entre les différentes cuves. Le support 20 est, par exemple, constitué par un tonneau en polypropylène contenant des articles 21 tels que des vis, dans le cas d'un traitement de zincage, mais il peut aussi être constitué par des barres cathodiques. Le poste de vaporisation et recyclage 5 comprend une tour 22 à la partie superieure de laquelle est disposée une rampe d'éjectior. 23 à orifices diriges vers 7e bas. cette rampe étant reliée au fond de la cuve de traitement 9 par une tuyauterie 24 sur laquelle est interposée une pompe magnétique 25 a grand débit et pression faible, refoulant vers la rampe, tandis que cette même tour comporte à sa partie inférieure un bac de récupération 26, auquel est raccordée une tuyauterie de retour 27 qui débouche dans la même cuve de traitement 9. Juste au dessous de la rampe 23 sont disposées des plaques ondulées verticales 28 en matière plastique telle que chlorure de polyvinyle, polypropylene ou polyester, matériau dans lequel peut également être réalisée la tour elle-même, et ces plaques s'étendent sur une hauteur, par exemple comprise entre le tiers et la moitié de la tour. Elles laissent, par ailleurs, subsister entre elles et le bac 26 un espace libre en regard duquel débouche un conduit latéral 29, dans lequel est disposé un ventilateur-pousseur 30 sur l'alimentation électrique duquel est interposé le dispositif de contrôle de température du bain de traitement 12-12a. La tour contient enfin un séparateur de goutelettes 31,(du type utilisé pour le lavage des fumées, et à rendement par exemple de l'ordre de 99,99 %) qui est disposé entre la rampe 23 et une ouverture supérieure d'évacuation 32 de la tour. Le poste de filtration 6 est constitué par un poste d'ultra-filtration ou filtration noble, du type utilisé pour la récupération des huiles, et destine ici à supprimer du bain de traitement, d'une part, les produits de dégradation organique et les hydroxydes et autres impuretés ne constituant pas un polluant au sens où on l'entend dans la présente demande, et, d'autre part, les impuretes analogues éventuelles qui peuvent etre amenées dans ce bain à partir du poste de pre-traitement 7.Le poste de filtration comprend un appareil d'ultra-filtration proprement dit 33 qui est relié à la cuve de traitement 9, d'une part, par une tuyauterie d'amenée 34 sur laquelle est interposée une cuve de stockage 35, et, d'autre part, par une tuyauterie de retour 36 sur laquelle sont interposées successivement une cuve 37 de récupération de l'ultrafiltrat et une pompe de recirculation 38, tandis qu'il est par ailleurs prévu une boucle d'ultra-filtration constituee par une tuyauterie 39 qui relie l'appareil 33 à la cuve 35 et sur laquelle est ,nierpuaée une autre pompe de recilculatin AC. A ce pcste c;;- filtration spécifique est associé un appareil de déminéralisation, constitué par un échangeur d'ions 41 qui est interposé sur la tuyauterie 15 de refoulement de la pompe 2 et qui supprime déjà une partie des impuretés de l'eau. L'installation est complétée par un poste de pré-traitement, c'est-à-dire de preparation des articles a traiter, 7 et un poste de finition 8 qui sont disposes tous deux également au dessous du dispositif de transfert 19, mais le premier à l'amont du poste de rinçage mort 4, c'est-à-dire à l'opposé du poste de traitement 1 par rapport à celui-ci, et le second à l'aval du poste de rinçage 3, c'est-à-dire à l'opposé du même pote de traitement 1 par rapport à ce poste de rinçage. L'utilisation de cette installation, qui correspond à une mise en oeuvre particulière du procedé conforme a l'invention, est la suivante D'une manière générale et ainsi que représenté plus en particulier sur la fig. 2, le mode opératoire fonctionne sur deux circuits, l'un d'articles à traiter, l'autre de fluide. Le circuit d'articles à traiter prévoit un passage successif de ces articles par une opération de pré-traitement 7a, une opération de traitement la, une opération de rinçage 3a et une opération de finition 8a, le sens de la circulation étant illustré par les fleches blanches et larges. Le circuit de fluide comporte une opération d'alimentation d'eau 2a, l'opération de rinçage 3a, l'opération de traitement la, une opération de vaporisation 5a avec, d'une part, retour au traitement la et, d'autre part, evacuation de fluide vaporisé, ainsi qu'une opération de filtration 6a,7e sens de circulation étant illustré par les flèches noires. De maniere plus détaillée et en se référant à la fig. 1 > avant mise en service continu de llinstallation, on remplit, jusqu'au niveau de réglage du dispositif de contrôle 13, la cuve de traitement 9 d'un bain 10 constitué par un électrolyte dans lequel la concentration en produit de traitement, par exemple en zinc dans le cas d'un traitement de surface de zincage, est CO, tandis que la cuve de rinçage mort 17 est remplie d'un bain d'électrolyte 18 de concentration CO et les cuves de rinçage successives 1s1, 12 et 1 3 d'eau pure, mais qui prendra progressivement des concentrations C1, C2 et C3 qui seront determinees plus loin.La concentration CO est par exemple de l'ordre de 40g/l dans le cas du zinc. L'installation est mise en service en faisant fonctionner en continu a pompe d'alimentation d'eau 2 à un déDit deer- mine Q1 On fait alors descendre dans la cuve de traitement 9, et à l'aide du dispositif de transfert 19, le tonneau 20 contenant les articles à traiter 21, par exemple des vis, en provenance du prétraitement du poste 7, et on l'y fait séjourner pendant le temps nécessaire au dépôt voulu du zinc sur ces articles, y compris l'excédent correspondant à la quantite de bain qui est entraînée par le tonneau, ce temps de séjour étants par exemple, de minutes. On relève ensuite le tonneau à l'aide du dispositif 19 et on l'immerge et le fait séjourner dans la cuve de rinçage mort 17 qui, il faut le noter, ne reçoit aucun apport d'eau de la part du poste d'alimentation 2. Lons du passage de la cuve 9 à la cuve 17, le tonneau a entraîné une certaine quantité de bain 10 de concentration CO, qui se dilue dans le bain 18 de concentration Co 2 On transfère ensuite le tonneau de la cuve 17 à la première cuve de rinçage 1 1 le tonneau entrainant, dans ce cas , une quantite de bain dont la concentration est déjà réduite à une valeur moitié grâce au passage dans la cuve de rinçage mort 17. La quantité de bain entraînée par le tonneau lors de son transfert de chaque cuve à la suivante a une valeur "q"determinee par la nature et la forme du tonneau, cette quantité "q" étant, par exemple, d'environ 200 cc dans le cas du zincage et pour des volumes d'articles de l'ordre de 6 1. On transfere alors le tonneau successivement dans les deux autres cuves de rinçage 142 et 143. il se produit dans chacune des trois cuves de rinçage une dilution progressive du bain entraîné par le tonneau et, lorsque l'ensemble de l'installation est stabilisé en régime continu, les concentrations des trois bains 161, 162 et 163 se sont etablies à des valeurs C1, C2 et C3 qui sont détermi- nées par l'équation Rd= - Co (I) Cx dans laquelle x = 1, 2 ou 3 et Rd represente le rapport de dilution correspondant à chacune de ces concentrations Par ailleurs, l'équation gener31e d'équilibre du circuit de rinçage est la suivante Le fonctionnement peut être généralisé à un nombre "n" d'étages ou de cuves de rinçage superieur à 3, auquel cas les équations ci-dessus sont étendues à la valeur "n". Dans un tel ensemble, on détermine alors la valeur rinimale acceptable à donner à "n" pour que la derniere concentration Cn corresponde approximativement à la concentration maximale admise dans le traitement de finition du poste 8. L'exemple particulier ici décrit correspond toutefois à un cas ou la valeur n = 3 est suffisante à cet égard, cas le plus courant. A la sortie du dernier bain de rinçage 163, les articles 21 sont envoyes au traitement de finition du poste 8. En ce qui concerne, par ailleurs, le circuit de fluide, le débit d'eau de ville Q1' fourni par la pompe 2, traverse successivement les cuves de rinçage à contre-courant, par rapport au circuit des articles 21, c'est-a-dire dans l'ordre 143, 142 et 141, puis parvient dans la cuve de traitement 9, l'eau de ville, qui était au départ non polluée au sens de la présente demande, 'c'èst-à-dire non chargée en zinc, prend progressivement une concentration plus élevée, passant de la concentration C3 de la dernière cuve de rinçage à la concentration C de la cuve de traitement. O La pompe 25 du poste de vaporisation et recyclage 5 envoie, par ailleurs, un débit Q2 du bain de traitement 10 à la rampe 23 de la tour 22. Le ventilateur-pousseur 30 envoie alors un flux d'air à la temperature ambiante et de débit Q3 vers le haut de la tour, c'est-à-dire à contre-courant du bain qui s'écoule de la rampe et ruisselle sur les plaques 28, de sorte qu'il se crée un aérosol, c'est-àdire une suspension de goutelettes de bain dans l'air, qui est chassé vers le haut de la tour.Il se produit simultanément un phénomène d'éva- poration d'une certaine quantité de l'eau contenue dans le bain envoyé à la tour, ce phénomène libérantde la vapeur d'eau qui est entraidée par le flux d'air à travers l'ouverture d'évacuations 32, tandis que le reste du bain est retenu sur le séparateur de goutelettes 31 et s'écoule ensuite dans le bac 26, d'où il est renvoyé à la cuve 9 par la tuyauterie 27. Le débit de la vapeur d'eau évacuée dans le flux d'air a une valeur Q4 et l'équilibre général de l'installation est déterminé pour que ce débit Q4 de la vapeur d'eau évacuée soit pratiquement égal au débit Q1 de l'eau introduite par la pompe 2, soit Q4 = Q1 On peut ainsi évacuer exactement la quantité d'eau introduite dans l'installation et sans utiliser d'installation d'épuration, étant donné que la vapeur d'eau n' entraîne pas de sels et en particulier de sels de zinc, la quantité totale de cesderniers qui est contenue dans le bain envoyé à la rampe 23 repassant dans le bain récupére dans le bac 26 et renvoye à la cuve 9. En raison du prélèvement régulier de produit de traitement dans le bain 10 par les articles 21, ce bain s'appauvrirait en ce produit, mais le dispositif 11 prévu à cet effet permet un ajustement régulier de la concentration de ce bain à la valeur CO. Par ailleurs, la température du bain 10, qui aurait tendance à s'élever sous l'effet de I'électrolyse, se trouve stabilisée grâce au prelèvement de chaleur effectué en continu sur la quantité de bain recyclée à travers la tour 22, du fait du phénomène d'évaporation qui prélève une quantité de chaleur x = m.L dans laquelle m représente le débit de bain recyclé et L la chaleur latente de vaporisation de l'eau. Le débit Q2da la pompe 25 doit être relativement éleve pour permettre d'obtenir un bon équilibre tant en ce qui concerne la quantité Q4 de vapeur d'eau extraite que la température du bain de traitement et c'est ainsi que, par exemple, dans le cas du zingage, si le volume du bain de traitement est de l'ordre de 6 1, ce débit Q2 peut être tel que l'ensemble de ce bain passe au minium cinq à six fois par heure dans la tour.Quant au débit Q4 de vapeur d'eau extrait, il varie bien entendu en fonction de la température que l'on désire maintenir dans le bain de traitement ainsi que de la tenpérature du gaz non polluant et du degré d'humidité de celui-ci, et il sera, par exemple, de 6 1 par heure pour une température de 450C, et de 3 1 pour une température de 14"C, dans les mêmes conditions de température et d'humidité pour les deux cas. Si toutefois ce débit de vapeur d'eau extraite était trop élevé, l'évaporation prélèverait trop de chaleur sur le bain et le dispositif de contrôle de température 12-12a réduirait dans ce cas le débit Q3 d'air soufflé du ventilateur 30, et inversement. Pour obtenir le même résultat, il serait possible également de réduire le débit Q2 de la pompe 25 ou encore de diminuer la surface d'évaporation par suppression d'un certain nombre de plaques 28. Il est aussi possible, en accroissant le débit Q3 du ventilateur, d'emprunter le débit Q4 de vapeur d'eau extraite, et simultanément et en valeur égale le débit Q1 d'eau de rinçage, ce qui permet éventuellement de supprimer un étage de rinçage, par exemple si la valeur de la concentration de sortie est peu supérieure à la valeur limite exigée pour la finition, ou permet encore de s'adapter à des variations des paramètres de l'atmosphère ambiante, par exemple si l'air est plus humide. Bien entendu, si le pré-traitement et/ou la finition fonctionnent également sur le principe traitement-rinçage, on peut prévoir pour ces postes un circuit analogue ici prévu pour le seul traitement principal. On peut egalement avantageusement prevoir, au dessus de la cuve 9, une gaine d'aspiration débouchant dans la tour en un emplacement soumis à la dépression créée par le flux fourni par le ventilateur 30, avec eventuellement l'adJonction d'un laveur classique de fumées complémentaire, disposé à la sortie de l'ouverture 32 de la tour et dont l'élut liquide sera réinjecté dans la cuve 9 elle-même, ce qui permet en outre un lavage de fumées et des gaz chargés en vapeurs polluantes (acides ou cyanurées) dégagées par le bain de traitement, ainsi que de l'hydrogène dégagé au voisinage des électrodes. REVENDICATIONS 1/- Procédé de traitement d'articles dans un bain contenant des produits polluants, du type consistant à faire sejourner des articles à traiter dans un bain de traitement constitué par un liquide contenant au moins un produit de traitement, puis à faire séjourner ces articles dans au moins un bain de rinçage dans lequel on introduit en continu un débit donné d'un fluide de rinçage à l'état liquide et qui peut être vaporisé, ledit produit de traitement etant un polluant à l'égard de ce fluide de rinçage et le fluide de rinçage introduit dans le bain de rinçage étant non pollué, un meme débit du fluide de rinçage, pollue du fait du rinçage, étant par ailleurs extrait en continu de ce bain de rinçage, tandis qu'on ajoute du produit de traitement dans le bain de traitement de manière à maintenir constante la teneur de ce produit dans ce bain, caractérisé en ce qu'on utilise comme liquide du bain de traitement le même liquide que le fluide de rinçage, on envoie en continu dans le bain de traitement le fluide de rinçage pollué extrait à partir du bain de rinçage on extrait également en continu un débit donne de ce bain de traitement, on soumet ce bain de traitement extrait à une vaporisation au cours de laquelle se vaporise une partie du liquide contenu dans ce bain extrait, on met ce liquide vaporise en présence d'un flux de gaz non polluant de manière que ce dernier entra'inde avec lui ce liquide vaporisé, et on met enfin à l'atmosphère ce gaz non polluant entrainant le liquide vaporisé, le débit d'extraction du bain de traitement et les paramètres du flux de gaz non polluant etant réglés de maniere que le débit de liquide vaporisé mis à l'atmosphère soit égal au débit de fluide de rinçage liquide introduit dans le bain de rinçage. 2/- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le débit d'extraction du bain de traitement et les parametres du flux de gaz non polluant sont réglés de manière que la température du bain de traitement soit maintenue à une valeur déterminée. 3/- Installation de traitement d'articles dans un bain contenant des produits polluants, du type comprenant d'une part un poste de traitement qui présente une entrée de produit de traitement, et d'autre part un poste de rinçage qui présente une entrée et une sortie de fluide de rinçage dont la première est raccordée à un poste d'alimentation en fluide de rinçage, ainsi qu'un dispositif de transfert d'articles à traiter vers et hors de ces postes de traitement et de rinçage, caractérisée en ce que la sortie du poste de rinçage (3) est raccordee à une seconde entrée du poste de traitement (1) et en ce que celui-ci comporte une sortie de bain de traitement (24) raccordée à un poste d'évaporation (5), celui-ci presentant par ailleurs une entrée de gaz non polluant (29) et deux sorties, l'une (32) de gaz non polluant chargé de bain de traitement vaporise- et l'autre de bain de traitement (27) raccordée à une troi sien e entrée du poste de traitement (1). 4/- Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le poste de vaporisation (5) comprend une tour (22) comportant de haut en bas une rampe (23) d'éjection de bain de traitement5 une surface d'évaporation (28), une entrée (29) de gaz non polluant et un bac de récupération (26). 5/- Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce qu'unie pompe (25) est interposée sur le raccordement (24) du poste de traitement (1) au poste d'évaporation (5). 6/- Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée "n ce que l'entree de gaz non polluant (29) du poste d'évaporation (5) comporte des moyens de ventilation à vitesse réglable (30E. 7/- Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que l'alimentation électrique des moyens de ventilation (30) est reliée à un dispositif (I2-12a) de contro-le de température associe au poste de traitement (1). 8/- Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un poste de filtration (6) relié au poste de traitement (1). 9/- Installation suivant lXune quelconque des revendications 3 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un poste de prêtraiteriient (7) et/ou un poste de finition (8). 10/- Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que le poste de rinçage (3) comporte plusieurs cuves de rinçage (141, 142 > 143) montées en cascade.