Brevet FR2502509A1 — publié le 19821001

La présente invention se rapporte à un procé- dé pour déshydrater des suspensions de matières miné- rales. Elle concerne en particulier un procédé permet- tant de déshydrater les fines dispersions ou suspen- sions formées en grandes quantités au triage ou à la concentration de minéraux et de minerais, au lavage des charbons (boues de charbon), à l'épuration des eaux usées ou lors d'un envasement de travaux de terrasse- ment. Les opérations de déshydratation et de filtra- tion pratiquées sur les dispersions ou suspensions tel- les que mentionnées ci-dessus en vue de satisfaire aux lois ou en raison de contraintes de stockage ou pour éviter des pollutions de l'environnement, exigent des dépenses toujours croissantes, beaucoup de temps et d'énergie. On connaIt déjà divers procédés continus et discontinus combinés avec des flottations et des flocu- lations et dans lesquels on utilise des filtres à ca- dres, des filtres à disques, des filtres à tapis et à tambour, des filtres sous vide, des filtres-presses et des centrifugeuses. On a également appliqué la préci- pitation par la chaux ou la magnésie. Quelquefois, on ajoute à la matière à filtrer des additifs de filtra- tion tels que le sable et on modifie son pH. Pour la filtration des minerais de fer, on utilise également des composés organiques sulfonés connus dans l'indus- trie textile. De tels procédés sont décrits en détail, avec des appareils pour leur mise en oeuvre, par exemple dans les brevets allemands n0 2.614.260 et 1. 119.826 et dans les brevets des Etats-Unis n0 3.398.093, 3.408.293 et 2.266.954. Or ces procédés et appareils ne répondent plus aux exigences actuelles posées aux techniques de déshydratation. Ils présentent également des inconvé- -2- nients, soit qu'ils exigent de grandes Quantités d'é- nergie, soit qu'ils exigent des appareillages relative- ment compliqués pour la déshydratation. Ainsi, les coûts opératoires sont relativement élevés. La capaci- té de filtration, dans les procédés connus, est d'en- viron 10 à 60 kg/m 2/heure, pouvant passer dans les cas de composition et de granulométrie optimales à environ kg/m2/heure. La présente invention vise en conséquence à remédier aux inconvénients des procédés de la technique antérieure par un procédé de déshydratation qui, en premier lieu, permet de diminuer dans une mesure consi- dérable la consommation d'énergie. Le procédé selon l'invention devra également permettre d'appliquer les techniques de filtration re- lativement simples connues antérieurement et, par con- séquent, de diminuer les coûts opératoires. Au cours de ses recherches visant à atteindre les buts mentionnés cidessus, la demandresse a trouvé que les difficultés rencontrées dans la filtration de dispersions ou suspensions étaient dues à la tendance à la thixotropie de ces dispersions ou suspensions, à la viscosité de structure résultant de cette thixotro- pie ainsi qu'au fort potentiel zêta existant entre la substance en suspension et le milieu de suspension. Ces facteurs sont à l'origine du fait que la teneur en hu- midité relativement forte ne peut être éliminée qu'au- prix d'une grande consommation d'énergie et à grands frais. On peut amoindrir ou même supprimer la ten- dance à la thixotropie et le fort potentiel zêta en modifiant les propriétés interfaciales de la substance en suspension. Cette modification conduit à une diminu- tion à la fois de la teneur en eau de structure et en eau de solvatation de la suspension. Pour parvenir à -3- ce résultat, il faut traiter les particules en suspen- sion par des composés recouvrant ou revêtant leur in- terface et empêcher ainsi la formation de la structure de la dispersion. En effet, cette structure de disper- sion retient l'eau par capillarité. Après le traite- ment, les particules en suspension sont beaucoup moins hygroscopiques ou beaucoup plus hydrofuges qu'aupara- vant et naturellement, cette propriété conduit à une diminution de la quantité d'énergie nécessaire pour l'opération de déshydratation. L'aptitude de diverses combinaisons à amoin- drir les propriétés d'hygroscopie des particules en suspension peut être établie par mesure de la valeur de CST (Capillar Suction Time, temps de succion capil- laire) de la dispersion. Le mode opératoire de cette mesure est décrit en détail dans l'ouvrage de R. S. Galle: Optimizing the Use of Pretreatment Chemicals (Solid Liquid Separation Equipment Scale Up, pages 40 à 82; Upland Press Ltd, Croydon, Grande-Bretagne 1976). Pour caractériser l'agent servant à favoriser l'opéra- tion de déshydratation, on utilise une valeur dite HLB (Hydrophil-Lipophil Balance, équilibre hydrophile- lipophile) ou une valeur H/L (rapport entre la partie hydrophile et la partie lipophile). Cette dernière va- leur indique le rapport en pourcent des deux portions de la molécule à caractère différent. Ces valeurs peu- vent être mesurées ou calculées à partir du rapport des groupes contenus dans la molécule. On pourra trouver une définition plus détaillée de ces termes dans les ouvrages suivants: Griffin, W.C.:I.Soc. Cosmetic Chemists 1.311 (1949) Griffin, W.C.: I. Soc. Cosmetic Chemists 5.249 (1954) Moore, C.; Bell, M.: Soap Perfumery and Cosmetics 29.893 (1956) -4- Davis, I.T.: Proceedings of 2nd International Congress on Surface Activity II I Juhasz, E.; Lelkesné, Eros, M.: Feliiletaktiv anyagok zsebkônyve (Editeur: Miszaki Kbnyvkiado, Budapest, (1979)) L'invention concerne donc en premier lieu un procédé pour déshydrater des suspensions de matières minérales, procédé qui se caractérise en ce que l'on ajoute à la suspension des agents tensio-actifs ou des mélanges d'agents tensio- actifs en quantité de 0,03 à 2 %, selon la teneur en particules en suspension et la structure moléculaire de la suspension, les agents tensio-actifs ou mélanges d'agents tensio-actifs pré- sentant une valeur HLB de 8 à 12 et/ou une valeur H/L de 50 à 150 %, et après ce traitement on déshydrate la suspension de manière connue en soi. On a en effet constaté que le traitement par des-composés présentant les valeurs HLB ou H/L spéci- fiées conformément à l'invention amoindrissait consi- dérablement et pratiquement supprimait la tendance à la thixotropie des particules en suspension avec for- mation d'une structure de dispersion et le potentiel zêta de ces particules. Il en résulte un amoindrisse- ment de la capacité d'adsorption de l'humidité des par- ticules en suspension et, par conséquent, de la disper- sion elle-même, avec un effet bénéfique évident sur la consommation d'énergie nécessaire pour l'opération de déshydratation. Cet effet bénéfique peut encore être accentué conformément à l'invention en ajoutant à la suspension, avant la déshydratation, un polyélectrolyte polymère linéaire ionique ou polyélectrolyte polymère linéaire non- ionique à caractère cationique, ce polyélectrolyte présentant dans les deux cas un poids moléculaire de 500.000 ou plus. 2SU0509t -5- Conformément à l'invention, on peut ajouter les agents tensio-actifs à la suspension ou mélanger les agents tensio-actifs à la suspension à l'aide d'un simple mélangeur ou d'une pompe centrifuge ou encore par pulvérisation ou par contact laminaire. Le polyélectrolyte peut être ajouté à la sus- pension traitée par les agents tensio-actifs sur une goulotte par aspersion. On peut ensuite procéder à la déshydratation effective par l'une des techniques connue en soi, dans une chambre de filtration ou dans une cuve de décanta- tion ou dans un récipient de sédimentation de forme co- nique, de préférence avec un angle de cône de 3O0. Dans un autre mode de réalisation apprécié de l'invention, la suspension traitée par les agents ten- sio-actifs et éventuellement par le polyélectrolyte, et concentrée, peut être transportée et déshydratée sur une goulotte de sédimentation reliée à un filtre à cy- lindre vibreur ou rotatif. On décrira maintenant plus en détail la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La suspension ou dispersion produite dans le cours d'opérations industrielles et qui doit être sou- mise à filtration est envoyée dans un récipient dans lequel on ajoute, par mélange énergique ou par pulvéri- sation, les agents tensio-actifs. Dans un mode de réa- lisation particulier, la suspension ou dispersion trai- tée par les agents tensio-actifs est envoyée du réci- pient vers une centrifugeuse ou un filtre à vide sur lequel on déshydrate. Dans un autre mode de réalisation, la dispersion ou suspension traitée est envoyée du réci- pient sur une goulotte sur laquelle on mélange le poly- électrolyte, par exemple par contact laminaire. La sus- pension provenant de la goulotte coule dans le réser- voir d'un filtre sous vide sur lequel elle est déshy- dratée. -6- La dispersion ou suspension provenant de la goulotte et traitée par les agents tensio-actifs et le polyélectrolyte peut également être envoyée dans une goulotte de sédimentation. L'eau, c'est-à-dire le fil- trat, est aspirée à l'extrémité de la goulotte opposée à l'extrémité d'entrée de la dispersion ou suspension et recyclée dans le circuit. La substance sédimentée est évacuée du fond de la goulotte sur un filtre rota- tif et, de là, sur une place de stockage. Les exemples qui suivent illustrent l'inven- tion sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple 1 Matière première: dispersion obtenue au triage du minerai de phosphate de Jordanie. Composition: quelques pourcents de phosphate brut, kaolin, halloysite, illite, minéral argileux contenant de la montmorillonite. Granulométrie: au-dessous de 0,07 mm: 48 % 0,07 à 0,1 mm: 18 % 0,1 à 0, 125 mm: 54 % Concentration de la dispersion: 700 g/litre. Agent tensio-actif utilisé: mélange d'un ester formé à partir d'un éther de polyéthylène-glycol et d'acide laurique et d'un ester formé à partir d'octanol et d'acide maléique. Quantité: 10 kg/tonne de matière sèche. Polyélectrolyte à caractère cationique: polyacrylamide méthylé de poids moléculaire 2 à 5 millions. Quantité: 0,25 kg/tonne de matière sèche. Les additifs sont utilisés en solution aqueu- se. La dispersion formée à l'opération de triage du minerai de phosphate est envoyée dans une cuve dans laquelle on ajoute l'agent tensio-actif par pulvérisa- tion ou par mélange intensif. La dispersion est ensuite envoyée sur une goulotte sur laquelle on ajoute le polyélectrolyte à caractère cationique par contact la- minaire. La dispersion provenant de la goulotte passe ensuite dans le réservoir d'un filtre sous vide. Le vide appliqué est de LPmax = 0,9 bar. En l'absence d'additifs, la capacité du filtre est de 302 kg/m 2 heure, en matière sèche. La valeur de CST de la dispersion est de 52 secondes avant traitement. Après traitement par les agents tensio-actifs et le polyélectrolyte à caractère cationique, la valeur de CST de la dispersion est de 4 secondes et la capacité du filtre est de 2.487 kg/mr2 heure. L'épaisseur du gâteau de filtre est de 20 mm. Le gâteau provenant du filtre est évacué à l'aide d'un transporteur à tapis et l'eau est recyclée. Avec le même filtre, la capacité de produc- tion est de 270 kg/m2/heure avant traitement et l'épais- seur du gâteau est de 10 mm; après traitement par l'a- gent tensio-actif et le polyélectrolyte à caractère cationique, la capacité est de 2.790 kg/m 2/heure. Ces résultats montrent clairement que la ca- pacité du filtre est 8 à 10 fois plus forte après trai- tement par les agents tensio-actifs et le polyélectro- lyte, et même en faisant varier l'épaisseur du gâteau. Exemple 2 On part de la même dispersion que dans l'exemple 1 qu'on traite également comme décrit dans l'exemple 1, après quoi on l'envoie dans un décanteur centrifuge. La vitesse de rotation du décanteur centri- fuge est de 1.000 tours/mn et la force centrifuge de 67 G. Les résultats sont les suivants. Dans le cas de --8- la dispersion non traitée, l'eau ne peut pas être sé- parée des particules en suspension en 10 secondes. Par contre, la dispersion traitée est concentrée à 60 % après 2 secondes de centrifugation. Cette concentra- tion ne change plus même à la fin de la 10ème seconde. La dispersion concentrée est déchargée sur un transpor- teur à tapis et l'eau est recyclée dans le circuit. Exemple 3 Matière première: dispersion produite au traitement d'un terril de déblais d'une mine de charbon en Yougoslavie. Composition: 5 % de charbon % de glaise. Granulométrie: au-dessous de 0,07 mm: 4 % 0,07à 0,1 mm: 9 % 0,1 à 0,125 mm: 23 % 0,125 à 0,351 mm: 64 % Concentration de la dispersion: 430 g/litre. Agent tensio-actif utilisé: ester d'un éther de poly- éthylèneglycol et d'acides gras mélangés eux- mêmes obtenus par décomposition d'huiles vé- gétales. Quantité: 8 kg/tonne de matière sèche. Polyélectrolyte utilisé: polyacrylamide, poids molé- culaire 2 à 5 millions. Quantité: 0,2 kg/tonne de matière sèche. La dispersion provenant du cyclone utilisé pour la séparation du charbon est envoyée dans une cuve dans laquelle l'agent tensio-actif est ajouté par pul- vérisation ou sous mélange intensif. La dispersion qui s'écoule du récipient est envoyée sur une goulotte sur laquelle6n ajoute le polyélectrolyte à caractère catio- nique par contact laminaire. La dispersion passe de la -9- goulotte dans le réservoir d'un filtre sous vide sur lequel elle est déhydratée. Le vide appliqué est de APmax = 0,9 bar. La dispersion présente une valeur de CST de 80 secondes avant traitement et de 5 secondes après traitement. Avant traitement, la capacité du filtre est de 70 kg/m /heure de matière sèche et après traitement elle est de 1.400 kg/m /heure de matière sèche. La dispersion sortant du filtre est évacuée par un transporteur à tapis et l'eau est recyclée. L'épais- seur du gateau de filtre est de 20 mm. Exemple 4 Matière première: dispersion produite par traitement d'un terril de déblais d'une mine de charbon en Autriche. Composition: 5 % de lignite % d'un mélange de minéraux argileux utilisés pour la fabrication de pro- duits céramiques fins et poteries. Granulométrie: au-dessous de 0,07 mm: 18 % 0,07 à 0,1 mm: 25 % 0,1 à 0, 125 mm: 35 % 0,125 à 0,515 mm: 22 % Concentration de la dispersion: 430 g/litre. Agent tensio-actif utilisé: mélange d'un ester formé a partir de l'octanol et de l'acide maléique et d'un ester formé à partir de l'acide lau- rique et d'un éther de polyéthylène-glycol. 3G50 Quantité: 9 kg/tonne de matière sèche. Polyélectrolyte utilisé: polyacrylamide méthyle, poids moléculaire 2 à 5 millions. Quantité: 0,02 kg/tonne de matière sèche. La dispersion présente une valeur de CST de 180 secondes avant traitement et de 20 secondes après -10- traitement. On traite la dispersion par l'agent tensio- actif et le polyélectrolyte comme décrit dans l'exerLple précédent puis on déshydrate sur un filtre à disques sous un vide de APmax = 0,9 bar. Avant traitement la capacité du filtre est de 37 kg/m2/heure; après traite- ment uniquement par l'agent tensio-actif elle est de kg/m2/heure et après traitement à la fois par l'a- gent tensio-actif et le polyélectrolyte, elle est de 250 kg/m2/heure. Le gâteau de filtre a une épaisseur de 20 mm. L'eau est recyclée et la matière séchée est envoyée sur un terril au moyen d'un transporteur à ta- pis. Exemple 5 On traite la dispersion de l'exemple précé- dent par l'agent tensio-actif ou par l'agent tensio- actif et le polyélectrolyte puis on l'envoie sur une goulotte de décantation* L'eau est aspirée à l'extrémi- té de la goulotte opposée à l'extrémité d'entrée de la dispersion, et le sédiment, c'est-à-dire la dispersion concentrée, est envoyé du pied de la goulotte sur un filtre rotatif. La matière séchée est envoyée du filtre sur un terril au moyen d'un transporteur à tapis. L'eau est recyclée dans le circuit. Exemple 6 Matière première: dispersion brute provenant de la production normale de ciment Portland à Labatlan, Hongrie Composition: SiO2 - 20,31 % A12053 - 5,41 % Fe205 - 3,08 % CaO - 68,12 % MgO - 2,66 % SOc - 0,29 % -11- Granulométrie: au-dessous de 0,01 mm: 30 % 0,01 à 0,065 mm: 60 % 0,065 à 0,09 mm: 10 % Concentration de la dispersion: 1.450 g/litre. Agent tensio- actif utilisé: mélange de deux esters: un ester de polyéthylène-glycol et d'acide myristique et du monoléate d'hexaéthylène- glycol. Quantité: 6 kg/tonne de matière sèche. Polyélectrolyte utilisé: acide polyacrylique. Quantité: 0,2 kg/tonne de matière sèche. Le débit du filtre sous vide utilisé dans l'opération est de 134 kg/m2/heure avant traitement de la dispersion et de 555 kg/m2/heure pour la dispersion traitée. Le vide appliqué est de APmaX = 0,8 bar. -12- - REVENDICATIONS - 1 - Procédé pour déshydrater des suspensions de matières minérales, caractérisé en ce que l'on ajoute à la suspension des agents tensioactifs ou des mélanges d'agents tensio-actifs en quantité de-0,03 % à 2 % selon la teneur des substances en suspension et la structure moléculaire de la suspension, ces agents tensio-actifs ou mélanges tensio-actifs présentant une valeur ELB de 8 à 12 ou une valeur H/L de 50 % à 150 %, après quoi on déshydrate la suspension de manière con- nue en soi. 2 - Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'on ajoute en outre à la suspension, avant déshydratation, un polyélectrolyte polymère li- néaire ionique ou un polyélectrolyte polymère linéaire non-ionique à caractère cationique, ce polyélectrolyte présentant dans les deux cas un poidd moléculaire de 500 000 ou plus. 3 - Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que les agents tensio-actifs ou mélanges d'agents tensioactifs sont ajoutés à la suspension à l'aide d'un simple mélangeur, d'une pompe centrifuge, par pulvérisation ou par contact laminaire. 4 - Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que, après traitement par les agents tensio-actifs, la suspension est envoyée sur une gou- lotte sur laquelle on ajoute le polyélectrolyte par aspersion. - Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la suspension est déshydratée dans une chambre filtrante ou dans une cuve de décantation ou dans un récipient de sédimentation de forme conique de préférence à un angle de cône de 30 . -13- 6 - Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la suspension traitée par les agents tensio-actifs et éventuellement par le polyélectrolyte et concentrée est envoyée et déshydratée sur une gou- lotte de sédimentation et un filtre à cylindre vibreur ou rotatif relié à ladite goulotte.