Brevet FR2453668A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne ltenrichissement des minéraux utiles et a notamment pour objet un dispositif d'aération de liquides, notamment de pulpes, dans une machine de flottation. Elle peut être utilisée pour l'aeration des eaux d'égouts lors de leur épuration, ainsi que pour la saturation de liquides en gaz. La création de machines de flottation ayant un grand rendement en pulpe (800 à 1000 m3/h) exige la mise au point de roues à palettes simples de fabrication simple et économique, susceptibles d'aspirer, de disperser et de distribuer dans le volume de liquide des quantités importantes d'air. La quantité d'air aspire par la roue à palettes dépend de ltefficacite du processus d'éjection se produisant en aval de la palette, qui, à son tour, depend de la superficie de contact qui se forme entre les phases liquide-gaz. La superficie de ce contact est proportionelle au périmètre d'écoulement autour des palettes. Plus le périmètre d'ecoulement autour des palettes est grand, plus la quantité d'air aspiré par la roue à palettes est importante. On connatt des dispositifs d'aération de liquides, comprenant un arbre creux relie à une roue à palettes realisee sous forme d'un moyeu comportant des palettes creuses (tubes) dans les corps desquelles, dans différentes zones, sont pratiques des trous radiaux (brevet d'invention de la RDA N 81386, brevet d'invention de la RFA N 1028504, brevet d'invention des Etats-Unis N 2609097). Au cours du fonctionnement de ces dispositifs, il se forme en aval du corps de la palette une zone de décollement du liquide, dans laquelle commence à arriver l'air. Etant donne que le décollement du liquide a lieu aux arêtes des palettes le perimètre d'écoulement, dans de telles roues à palettes, est déterminé uniquement par la hauteur de la palette. De ce fait, l'inconvenient commun que ces dispositifs d'aération présentent consiste en ce qu'ils aspirent une faible quantité d'air, qui ntest pas suffisante pour réaliser d'une manière active le processus de flottation. De plus, ces dispositifs n'assurent pas, en général, une dispersion et une répartition satisfaisantes de l'air aspire dans le volume de la chambre.Cela s'explique par le fait que la quantitédtair éjecté par les aérateurs du type centrifuge-radial, tels que ceux indiques ci-dessus, dépend de la quantité de liquide passant à travers la cavité de l'aerateur, de la hauteur des palettes (périmètre total d'écoulement), de la présence d'un dispositif statorique (grandeur du jeu entre les bouts des palettes de L'aérateur et du stator), etc. I1 importe de remarquer que la dispersion et la répartition de l'air effectuées par ces aérateurs dépendent, en général, de la construction du dispositif statorique (du nombre de palettes du stator, de leur hauteur, de l'angle l'inclinaison). On connaRt aussi des dispositifs d'aération de liquides, comprenant un arbre avec un moyeu portant des palettes disposées radialement et montées au-dessus et au-dessous du moyeu, tandis que le moyeu proprement dit est incline par rapport à l'axe de l'arbre (brevet d'innTention de la RFA N 1186422, cl. Ic 5; brevet d'invention de la RFA N 1193893, cl. lc 5; brevet d'invention des Etats-Unis N 3256987, cl. 209-169 "Machines de flottation", Editions "Nedra", Moscou, 1972, p.p. 68 à 72). Dans ces dispositifs, des deux côtés du moyeu sont montees des palettes radiales de hauteur variable dont les arêtes inférieures et supérieures sont disposées dans des plans horizontaux. Dans le moyeu sont réalisés deux canaux pour amener de l'air aux palettes inférieures de la roue à palettes. Aux palettes supérieures l'air arrive à travers le tube de revêtement de l'arbre. L'aérateur est incorporé dans un stator dont les fentes inférieure et supérieure sont de largeur réglable. Lors du fonctionnement de la roue à palettes, la pulpe arrive à travers ces fentes et étant projetée le long des palettes, engendre sur leurs arêtes un effet d'éjection de sorte que l'aérateur commence à aspirer l'air. L'inconvénient des aérateurs mentionnés ci-dessus consiste en ce que leur caractéristique d'aération est instable et dépend des dimensions des fentes inférieure et supérieure realisees dans le stator, de la valeur du jeu entre les bouts des palettes de l'aerateur et du stator, de la hauteur des palettes de l'aerateur proprement dit. I1 importe de remarquer que la répartition de l'air dans le volume de la chambre, effectuée par de tels dispositifs, n'est pas satisfaisante, puisque l'air disperse sort du stator sous forme d'un anneau mince dont ltepaisseur est determinee par la hauteur des palettes du stator. Parmi les aérateurs connus, le plus proche, techniquement, du dispositif propose est l'aerateur décrit dans le certificat d'auteur d'invention d'URSS n 478612, cl. B03 1/16. Cet aérateur connu comprend un arbre creux et un moyeu creux à palettes radiales réalisées sous forme de tubes présentant des fentes disposées suivant la génératrice. En outre, le diamètre du moyeu est plus grand que sa hauteur, et les tubes sont munis d'ailettes longitudinales extérieures disposées devant les fentes. Comme l'a montre son exploitation prolongée (pendant 2 ans), l'inconvenient de cet aérateur réside dans la faible dispersion de l'air et dans la répartition irrégulière des bulles d'air dans le volume de la chambre, ce qui exerce une action négative sur le processus de flottation et affecte les indices qualitatifs du fonctionnement des machines de lottation. La présente invention vise à éliminer les inconvénients mentionnes. On s'est propose pour cela de mettre au point un dispositif d'aération de pulpes, dans lequel la conception de la roue à palettes permettrait d'assurer une évacuation intense de l'air aspire hors de l'espace entre les tubes de la roue à palettes. Ce problème est résolu du fait que le dispositif d'aération de liquides notamment de pulpes, du type comportant un arbre creux relie à une roue à palettes realisee sous forme d'un moyeu creux portant des tubes divergeant radialement et suivant les génératrices desquels sont réalisées des fentes pour la sortie de l'air aspiré par la roue à palettes, est caractérisé, selon ltinvention, en ce que sur les tubes, du côte de l'arbre et coaxialement à la roue à palettes, est montée une bague plate formant avec le moyeu une fente circulaire, et qu'entre chaque paire de tubes voisins, sur celle des surfaces de la bague qui est orientez vers lesdits tubes, suivant une tangente à sa circonférence interieure, il y a une ailette dont l'extremite périphérique se trouve dans la zone de decollement de la pulpe de l'extremite extérieure du tube le plus proche d'elle dans le sens de rotation de la roue à palettes. L'invention proposée permet de rendre beaucoup plus intense le processus d'aeration. Lors de la rotation de l'aerateur, il se forme en aval des tubes des zones de décollement du liquide du corps du tube,dans lesquelles arrive l'air qui est ensuite fractionne par les courants d'eau finement disperses se détachant des tubes. Pour assurer une évacuation intense des bulles dispersées, il est nécessaire d'avoir un jet d'eau puissant, qui, justement est cree par la bague et l'ailette montée au-dessous de ladite bague. Le liquide arrivant d'en haut dans la cavite tournante de l'aerateur à travers la fente circulaire (formée par la bague et le moyeu), ainsi que d'en bas (entre les tubes voisins), arrive sur l'ailette, où il se divise en deux courants.L'un de ces courants commence à s'écouler autour du bord inférieur de l'ailette, se décolle de celle-ci en creant ainsi des zones supplEmen- taires de décollement et de dispersion de l'air. Le second courant, sous lteffet des forces centrifuges, est projeté le long de l'ailette en traversant le jet d'air se formant en aval du tube.Tout cela favorise une évacuation intense de l'air disperse hors de la zone de décollement du liquide en aval du tube et contribue à sa répartition uniforme dans le volume de la chambre, Selon un mode de réalisation de l'invenntion, la distance entre ltextremite périphérique de l'ailette et l'extremite extérieure du tube le plus proche (dans le sens de rotation) de la roue à palettes est sensiblement égale à 1/5 de l'arc compris entre les axes de deux tubes voisins suivant la circonférence extérieure de la bague. Si la distance entre les extrémités de l'ailette et du tube est plus faible, la quantité d'air aspirée par la roue à palettes diminue, sa dispersion et répartition dans le volume de la chambre deviennent plus mauvaises. Si la distance entre les extrémités périphériques de l'ailette et du tube est plus grande, la puissance consommée par l'aérateur augmente considérablement. Ainsi, la distance constituant 1/5 de l'arc assure une aération maximale de l'air, améliore sa dispersion et sa répartition dans le volume de la chambre, et réduit: en outre la consommation de puissance. I1 est avantageux que le diamètre extérieur de la bague soit égal au diamètre de la roue à palettes. Si le diametre de la bague est supérieur au diamètre de la roue à palettes, alors il est nécessaire d'augmenter la longueur de l'ailette (car la répartition de l'air devient plus mauvaise), et cela conduit à une augmentation de la consommation de puissance. Si le diamètre de la bague est inférieur au diamètre de la roue à palettes, alors une partie des tubes et des ailettes se trouvent découverts, et dans ce cas, lteffet de répartition devient plus mauvais, la consommation de puissance augmente, la quantité d'áir aspire diminue. I1 est très avantageux que ltepaisseur des ailettes par rapport au plan de la bague soit sensiblement égal aux 3/4 du diamètre des tubes. Lors de la rotation de l'aerateur, il se forme des zones de decollement du liquide, dont la hauteur est égale au diamètre des tubes. L'introduction, dans ces zones, 'ailettes de même épaisseur ou d'épaisseur inférieure n'exerce pas une influence considérable sur la consommation de puissance. De ce fait, ltepaisseur des palettes inferieure au diamètre des tubes permet de réduire la consommation de puissance. On a constate que le fonctionnement du dispositif propose est le plus efficace lorsque la roue à palettes est montée sur l'arbre sous un angle, par rapport audit arbre, compris sensiblement entre 75 et 85 . Aux courants radiaux de liquide aéré éjecté par l'aérateur se superposent les pulsations verticales du liquide, qui provoquent la formation de ruptures supplémentaires (cavernes) du courant de pulpe autour de l#aérateur en rotation, dans lesquelles commence à pénétrer d'une manière intense l'air se séparant du liquide. Tout cela aboutit à une intensification du processus de saturation du liquide en air et conduit à une amélioration de la répartition de l'air dans le volume de la chambre. Quand l'angle d'inclinaison du moyeu par rapport à l'arbre est supérieur à ceux indiqués ci-dessus, la consommation de puissance augmente et la repartition de l'air dans le volume de la chambre devient plus mauvaise. Quand ledit angle est plus petit que ceux indiques, la valeur des pulsations du liquide diminue, ce qui a pour conséquence la disparition des cavernes autour de la roue à palettes. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de differents modes de réalisation donnes uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel : - la figure 1 représente le dispositif selon l'invention (vue en plan), - la figure 2 est une vue én coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 illustre une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif propose (figures 1, 2, 3) comprend un arbre vertical creux 1 reliE à une roue à palettes. La roue à palettes est réalisée sous forme d'un moyeu creux 2 pourvu de palettes sous forme de tubes 3 divergeant radialement et comEsortant une fente 4 suivant leur generatrice. Aux palettes 3 est fixée une bague 5 dont le diamètre extérieur est égal au diamètre de la roue à palettes et qui forme une fente circulaire 6 entre la surface intérieure de la bague 5 et le moyeu 2. Sur la surface inférieure de la bague 5, suivant des tangentes à sa circonférence intérieure, entre les palettes 3 voisines, sont montées des ailettes 7, de façon que l'extremite extérieure de chaque ailette 7 soit située de préférence, par rapport à ltextrémité extérieure de celle des palettes 3 qui est disposée en avant (suivant le sens de rotation), à une distance égale sensiblement à 1/5 de l'arc compris entre les axes de deux palettes 3 voisines suivant la circonférence extérieure de la bague 5.L'épaisseur des ailettes 7 correspond de préférence sensiblement aux 3/4 du diamètre des palettes (tubes) 3. En effet, quand ltepaisseur des ailettes 7 est supérieure au diamètre des palettes 3, la consommation de puissance augmente considérablement, et lorsque l'epaisseur des ailettes 7 est égale au diamètre des palettes 3, la consommation de puissance augmente aussi. Le fonctionnement de l'aerateur est le suivant. Lors de la rotation de l'aérateur, il se forme en aval des palettes (tubes) 3 des zones de décollement du liquide, dans lesquelles commence à pénétrer l'air arrivant à travers l'arbre creux 1, le moyeu 2 et la fente 4. Etant donné que dans l'aérateur proposé, lors de sa rotation, le liquide arrive dans l'espace entre les palettes (tubes) 3 par la partie inférieure de l'aérateur, d'en-dessous de la bague 5 et à travers la fente circulaire 6, une partie du liquide arrivant sur l'ailette 7 contourne son bord inférieur et crée une zone supplémentaire de dispersion intense, tandis que l'autre se déplace à une grande vitesse le long de l'ailette 7, traverse le jet d'air qui se forme en aval de la palette (tube) 3, évacue et répartit ce jet d'air dans le volume de la chambre dans laquelle est placé l'aerateur, ce qui rend beaucoup plus intense le processus d'aération. Une condition importante permettant de rendre plus intense le processus d'aération est la détermination précise de l'emmplacement des ailettes 7 et de leurs dimensions. L'emplacement des ailettes 7 est déterminé en fonction de la longueur de la zone de décollement du liquide du corps de la palette (tube) 3. Etant donne que la vitesse d'attaque de la palette 3 par le liquide et la vitesse de projection du liquide lors du mouvement d'inertie sont égales, à l'arrivee du courant d'en bas dans la cavité de L'aérateur une moitie de ce courant est projetée dans la chambre et stecoule autour du bord inférieur de la palette 3, et la deuxième moitiE est projetee dans le sens opposé.De ce fait, si dans les limites de la zone d'arrivee du liquide dans la cavité de L'aérateur (autrement dit au point extrême de la zone de dEcollement) on monte une ailette supplémentaire, alors en entrant en contact avec le courant rejeté dans le sens oppose, cette ailette participe elle aussi au processus d'ecoulement, ce qui augmente sensiblement là surface de séparation liquide-gaz, et rend plus intense le processus de dispersion de l'air. De plus, la présence de l'ailette 7 augmente la zone d'aération intense, permet d'élever la vitesse centrifuge du courant d'eau, grâce à quoi les bulles d'air se repartissent uniformement suivant la section de la chambre. Comme la superficie de la fente circulatoire 6 à travers laquelle le liquide arrive dans l'aerateur est beaucoup plus grande que, dtune part, la superficie du trou de sortie forme par ltextremite extérieure de la palette 3 disposée en avant et celle de l'ailette 7, et d'autre part, la surface inférieure de la bague 5, le liquide se deplaçant le long de l'ailette 7 sous lteffet des forces centrifuges acquiert à la sortie de l'aerateur une vitesse d'écoulement élevée, ce qui augmente considérablement le degré d'aération de la pulpe et améliore la rEpartition de l'air dans le volume de la chambre. Lorsque le moyeu est incline par rapport à l'axe de l'arbre sous un angle d'environ 75 à 85 (figure 3), les courants verticaux de liquide formes par le moyeu 2 se superposent aux courants radiaux d'écoulement du liquide provenant de l'aerateur. Tout cela cree autour de l'aérateur des ruptures supplementaires (cavernes) du courant de pulpe, dans lesquelles Les bulles d'air contenues dans Le liquide se dégagent d'une manière intense On a effectue dans les conditions industrielles des essais comparatifs des aérateurs connu et proposE utilises dans les machines de flottation. Les résultats de ces essais sont donnes dans le tableau ci-dessous. Aérateur connu Aérateur proposé Charge Charge Q-té Concentré : Déchets Charge Q-té Charge Concentré : Déchets en pulpe, solide, d'air en pulsion, d'air solide, m /h t/h aspiré g/1 cendre cendre m /h aspiré, t/h g/1 cendre, cendre, m /h % % m /h % % 250 26,3 300 256 8,6 74,9 395 370 39,5 274 7,6 76,0 300 28,8 285 250 9,0 69,8 400 350 40,0 270 7,9 75,9 Comme le montre le tableau ci-dessus, la machine de flottation équipée des aérateurs connus a une caractéristique d'aération suffisamment Elevee (250 à 300 m /h par aérateur), mais le degré insuffisamment élevé de dispersion et de répartition de l'air dans le volume de la chambre affecte les indices qualitatifs et quantitatifs de son fonctionnement.Lorsque la charge en pulpe est de 300 m3/h on obtient des déchets à basse teneur en cendre (69,8%) et un concentre d'une densité insuffisamment elevee, ce qui est du aux effets de barbotage observes sur la surface de la pulpe provoquant la destruction des mousses dans la chambre. En utilisant l'aerateur proposé, la charge de la machine de flottation a été portée à 400 m3/h, et dans certains cas, à des valeurs supérieures. I1 est à noter que la caractéristique d'aération de l'aerateur propose est sensiblement supérieure (350 à 370 m3/h d'air par aérateur), la dispersion des bulles et leur répartition dans le volume de la chambre sont améliorées, ce qui est aussi confirmé par les données obtenues au cours des essais de l'aerateur. Ainsi, par exemple, la densité du concentre pour un double accroissement de la charge en pulpe est sensiblement plus grande (la densité du concentre à augmenté de 250 gfl à 274 g/l), la teneur du concentre en cendre est réduite d'environ 1%, tandis que celle des déchets augmentée de 1 à 6%. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentes qui n'ont été donnEs qutà titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si cellesbci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Disptositif d'aération de liquides, notamment de pulpes, du type comprenant un arbre creux relie à une roue à palettes réalisée sous forme d'un moyeu creux pourvu de tubes divergeant radialement et suivant les génératrices desquels sont réalisées des fentes pour la sortie de l'air aspire par la roue à palettes, caractérisé en ce que sur les tubes, du cte de l'arbre et coaxialement par rapport à la roue à palettes, est montée une bague plate formant avec le moyeu une fente circulaire, et entre chaque paire de tubes voisins, sur celle des surfaces de la bague qui est orientée vers eux et suivant une tangente à sa circonférence intérieure, est disposée une ailette dont ltextremite périphérique se trouve dans la zone de décollement du liquide de l'extremite extérieure du tube qui est le plus proche (dans le sens de rotation de la roue à palettes) de ladite extrémité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre l'extrémite périphErique de l'ailette et ltextremité extérieure du tube qui est le plus proche d'elle (dans le sens de rotation de la roue à -palettes) est sensiblement égale à 1/5 de l'arc compris entre les axes des deux tubes voisins suivant la circonférence extérieure de la bague. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la bague est sensiblement égal au diamètre de la roue à palettes. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ltépaisseur des ailettes mesurée à partir du plan de la bague est sensiblement égaleaux 3/4 du diamètre des tubes. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la roue à palettes est disposée sur l'arbre sous un angle, par rapport à cet arbre, compris sensiblement entre 75 et 85 .