Brevet FR2522524A1 — publié le 19830909

La présente invention a pour objet un procédé pour épandre une pulpe en vue de son séchage naturel. Elle a plus particulièrement trait au traitement des pulpes dont la fraction solide présente un d 80 infé- rieur à 100 micromètres et de préférence inférieur à 20 micromètres. De telles pulpes sont très fréquentes dans de très nombreux domaines de l'industrie minière et métallur- gique De telles boues peuvent aussi être rencontrées dans le traitement des eaux usées en vue de la purification de l'eau. Le traitement des pulpes composées de fractions très fines est souvent très difficile, très long et très coûteux en énerqie dès lors que l'on désire obtenir les matières sèches qu'elles contiennent avec un taux de sic- cité important. C'est pourquoi la Demanderesse s'est orientée vers un séchage qui ne présente pas de tels inconvénients ou qui abaissent considérablement le coût de tels traite- ments. C'est pourquoi on s'est orienté vers un procédé de séchaqe naturel, c'està-dire en évaporant l'eau par exposition de la pulpe à l'air atmosphérique De telles techniques sont utilisées depuis des temps immémoriaux par les sauniers qui produisent ainsi une portion importante des sels de table consommés dans le monde. Toutefois, une simple transposition des techni- ques des sauniers aux pulpes mentionnées ci-dessus était impossible et il est apparu des problèmes dont la-résolu- tion s'est révélée très difficile En particulier, on peut observer que, sur des produits ayant atteint un taux de siccité presque convenable, une pluie peut provoquer une réhydratation faisant perdre ainsi un temps appréciable. En outre, sous certains climats, les précipita- tions interviennent la une telle fréquence et avec une tel- -le abondance qu'il est quasiment impossible de sécher une pulpe suivant cette technique. C'est pourquoi la Demanderesse a exécuté de lon- 2 - ques et difficiles recherches dans le but de trouver des techniques d' épandaqe et de construction des bassins d'épandage qui permettent d'écouler l'eau de pluie sans que cette dernière ne réhydrate la pulpe séchée. Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé d'épandage qui permette d'obtenir des pavés de matière sèche de grande dimension. Ces buts sont atteints au moyen d'un procédé pour épandre en vue de son séchage naturel une pulpe dont la fraction solide présente un d 80 inférieur a 100 micro- mètres, caractérisé par le fait qu'il comprend en succes- sion les étapes suivantes: a) ajustement du taux de solide de la pulpe à une valeur comprise entre 2 et 25 %: b) addition et mélange d'un floculant à la pulpe, la dose de floculant étant comprise entre les deux tiers (valeur arrondie) et 98 % de la dose optimale nécessaire pour flo- culer une telle pulpe; c) épandage à l'air libre dans un bassin dont les bords sont perméables et dont le fond présente une pente infé- rieure à 2 pour mille, ledit épandage intervenant dans un délai de 1 à 20 minutes après l'addition et le mélange du- dit floculant. En effet, on a trouvé que de manière surprenante il était nécessaire pour obtenir un bon séchage que le taux de solide des pulpes soit peu élevé et donc d'ajus- ter, le cas échéant, le taux de solide par dilution. Cette dilution est de préférence telle que le taux de solide de la pulpe atteigne une valeur comprise entre 5 et 15 %. Un point important est l'addition et le mélange du floculant à la pulpe Cette addition est très criti- que D'une part, il faut que la dose de floculant soit suffisante pour qu'une assez bonne floculation soit obte- nue et d'autre part on s'est aperçu qu'une dose élevée de floculant risquait de gêner un bon séchage. Sans que cette explication ait un caractère li- mitatif, il semble que lorsque l'on ajoute le floculant à -.3- une dose comprise entre les deux tiers et 98 %, avantageu- sement entre 80 e't 98 % et de préférence entre 85 et 95 % de la dose optimale nécessaire pour floculer une telle pulpe, il reste quelques petites particules non floculées qui se déposent à la surface du matériau floculé, rendant cette surface imperméable, la perméabilité de l'ensemble étant alors assurée par le retrait de la pulpe Ce retrait provoque la fissuration de la matière sèche formant les pavés et assurant une bonne perméabilité et un bon écoule- ment de l'eau. Ce dosage semble aussi jouer un rôle dans la qualité du retrait Il faut dans certains pays pluvieux que les fissures aillent jusqu'au fond du bassin pour que l'eau puisse s'écouler par ce dernier. Au cours de toute la présente description, la dose optimale de floculant est définie par la quantité né- cessaire et suffisante pour obtenir la vitesse de sédimen- tation la plus rapide, cette vitesse étant par exemple me- surée au moyen de l'essai de laboratoire connu de l'homme de métier sous le vocable anglo-saxon de "jar test". Les floculants préférés sont les floculants or- ganiques présentant un groupe polaire tel que amide, ether ou ester, parmi lesquels on peut citer le polyacrylamide vendu sous la marque déposée "Separan", le polyéthylène- glycol vendu sous la dénomination commerciale "Floerger FA 10 " et le copolymère d'acrylamide et d'acrylate vendu sous la marque déposée "Sedipur T F 5 ", les meilleurs ré- sultats étant obtenus pour les poids moléculaires les plus élevés du floculant. Un des aspects critiques de la floculation rési- de dans le temps qu'il est nécessaire de respecter entre le moment de la floculation et le moment de l'épandage. L'intervalle entre ces deux opérations doit être compris entre 1 et 20, de préférence entre 2 et 10 minutes. En effet, sans que l'on puisse expliquer pour- -quoi, on a constaté qu'il fallait que la floculation ait commencé mais ne soit pas complète au moment de l'épanda- ge. 4- Pour obtenir une bonne siccité des produits et éviter le plus possible les éventuels problèmes pouvant intervenir à la suite des précipitations qui peuvent être abondantes, il est préférable que le bassin dans lequel est réalisé le séchage naturel satisfasse aux conditions exposées ci-après. La pente du bassin doit être inférieure à 5 et avantageusement à 2 pour mille et de préférence comprise entre 0,5 et 1,5 pour mille. Le bassin peut avoir toute forme possible Il peut avoir une forme circulaire, le point d'épandage étant alors situé au milieu et le fond du bassin ayant alors la forme d'un cône très aplati Le bassin peut également avoir la forme d'un polygone régulier, le fond ayant alors la forme d'un polyèdre dont la base est formée par ledit polygone En particulier, la forme d'hexagone régulier est assez satisfaisante dans la mesure ou c'est une forme qui occupe peu de place. Toutefois, pour des raisons de simplicité et d'encombrement, il est préféré la forme d'un rectangle dont le rapport entre la longueur et la largeur est com- pris entre 1 et 50, la largeur pouvant être avantaqeuse- ment comprise entre 5 et 100 mètres Dans ce cas la pente est la pente longitudinale. Dans ce cas d'un rectangle, on peut placer le point d'épandage en de nombreux endroits, soit sur une arête définie par deux plans formant la surface du fond, soit plus simplement, si le fond est parfaitement plan, à l'extrémité la plus élevée du rectangle, au milieu de la largeur. Le fond du bassin est avantageusement réalisé en un matériau choisi dans le groupe constitué par le sa- ble filtrant et la terre battue, de préférence en sable dont les grains ont une taille comprise entre 20 micromè- tres et 3 millimètres Quand le seul écoulement au tra- vers des murettes risque de ne plus suffire, et ce notam- ment dans les pays pluvieux, il est préférable de choisir une taille comprise en 200 micromètres et 3 millimètres pour assurer une bonne perméabilité. Les bords du bassin sont avantageusement consti- tués par des murettes dont la hauteur est comprise entre 0,5 et 1 mètre Avantaqeusement les bords sont des muret- tes constituées par des cordons de produits grenus de 20 micromètres à 3 millimètres, de préférence, en un sable dont la taille des qrains est comprise entre 200 micromè- tres et 3 mm. Pour faciliter l'écoulement de l'eau après dé- cantation, les murettes peuvent comporter des busettes ( 3), de préférence amovibles. La quantité de matière solide sèche à épandre sous forme de pulpe est avantageusement comprise entre 50 et 200 kq par mètre carré. Toutefois, ces quantités peuvent varier suivant les caractéristiques du produit à faire sécher. Le débit de matières solides à l'épandage doit être choisie entre 2 et 20, de préférence entre 3 et 8 kq/h/mètre carré. Les fiqures représentent un mode de réalisation non limitatif d'un bassin de décantation et de séchage na- turel. La figure 1 représente une coupe transversale d'un bassin rectangulaire o ( 4) est le fond du bassin, ( 2) les murettes réalisées par une simple levée de sable dont les grains ont une dimension comprise entre 200 mi- cromètres et 3 millimètres Des busettes amovibles ( 3) sont placées à un niveau tel qu'il y ait une bonne élimi- nation de l'eau libérée par la décantation, cette eau étant collectée dans un drain ( 1). La fiqure 2 est une coupe transversale partielle montrant le bassin en cours de fonctionnement La pulpe commence à se décanter et donne une eau libérée ( 7) qui s'écoule par la busette amovible ( 3) au travers de la le- vée de sable ( 2) La busette ( 3) est placée au-dessus du niveau de la pulpe épaissie ( 6) L'eau ( 5) filtrant au travers de la levée ( 2) formant bord s'écoule également vers le drain. 6 - La figure 3 est une coupe longitudinale montrant un choix préféré-du point d'épandage Ce point est voisin d'une des levées ( 2) formant les bords en largeur dudit bassi n. h, 1, L indiquent sur ces figures la hauteur, la larqeur et la longueur qui sont de préférence respective- ment de 0 à 0,5 mètre, de 20 à 40 mètres et de 300 à 500 mètres, la pente non fiqurée étant alors de 0,6 pour mil- le. Une autre donnée doit être prise en considéra- tion: le débit d'eau par mètre de murette lors de l'épan- dage Ce chiffre est variable avec la perméabilité de la murette, mais un chiffre de 0,2 m 3 par heure et par mètre de murette est convenable (pour des murettes en sable de 300 micromètres à 3 millimètres. Dans la description précédente, les valeurs chiffrées sont des valeurs arrondies et les zéros ne sont pas des chiffres significatifs. Les exemples de réalisation de la présente in- vention, non limitatifs, suivants ont pour but de mettre les spécialistes à même de déterminer aisément les condi- tions opératoires qu'il convient d'utiliser dans chaque cas Darticulier. EXEMPLE 1 Mise en oeuvre sur les boues de nickel obtenues par dé- bourbaqe et attrition de minerai garniéritique selon la technique décrite dans la demande de brevet français n' 75-25 428 Caractéristiques des bassins Dimensions: 30 x 50 mètres Hauteur des murettes: 0,55 mètre Pente: O pour mille Nature du fond: sable 300 micromètres 3 millimètres de péridotite altérée Ce sable est, après de nombreuses opé- rations de séchage, pollué de boues finies laissées par les chargeuses de ramassage. Nature des murettes: sable 300 micromètres 3 millimè- tres -7- Caractéristiques de la pulpe Boue de granulomé-trie inférieure à 20 micromètres composée de la partie fine des minerais de nickel (silicates de fer et de maqnésium et oxydes de fer) Dilution: 11 % de solide ( 89 % d'eau douce) Floculation ' l'aide de produit vendu sous la dénomination commerciale de "Sedipur" à une dose de 200 qrammes par tonne de solide, soit une dose de 80 % de la quantité dé- terminée par le "jar-test" Caractéristiques de l'épandage Débit de pulpe: 20 m 3/h Point d'épandage: centre du bassin Quantité épandue: 100 kq de solide par m 2 Caractéristiques du séchage Pente sur produits secs: 0,6 pour mille Siccité à 30 jours (approximative): 75 % Caractéristiques du ramassage Chargeuse frontale: 100 tonnes par heure Cet exemple est assez voisin des conditions op- timales de séchage. EXEMPLE 2 Mise en oeuvre du procédé sur des boues nickelifères ob- tenues par débourbage de minerai garniéritique Caractéristiques des bassins Dimensions: 20 x 25 mètres Hauteur des murettes: 0,55 mètre Pente: O pour mille Nature du fond-: Couche filtrante constituée de 300 mm de cailloux 30 150 mm 200 mm de cailloux 8 30 mm mm de scories de four électrique O 3 mm Nature des murettes: scorie des fours électriques de même granulométrie que ci-dessus Caractéristiques de la pulpe Boue de granulométrie inférieure à 13 micromètres composée de la partie fine des minerais de nickel (silicates de fer et de magnésium et oxydes de fer) Dilution: 5 % de solide 8 - Floculation à une dose de 50 grammes Par tonne de flocu- lant Caractéristiques de l'épandage Débit de pulpe: 35 m 3/h Point d'épandage: centre du bassin quantité épandue: 70 kg par m 2 Caractéristiques du séchage Pente sur produits secs: 0,4 pour mille Siccité à 30 jours (approximative): 65 f Caractéristiques du ramassage Chargeuse frontale: 60 tonnes par heure On constate que dans cet exemple il y a percola- tion latérale très importante à travers les murettes avec tendance à la formation de renards dans celles-ci Le sé- chage est possible, mais cette tendance à la formation de renards limite la quantité d'eau et, par suite, la quanti- té épandue au mètre carré Le séchage est un peu moins bon car il y a une tendance au colmatage de la murette. EXEMPLE 3 Mise en oeuvre du procédé sur des boues nickelifères obte- nues par débourbage de minerai garniéritique Caractéristiques des bassins Dimensions: 20 x 25 mètres Hauteur des murettes: 0,55 mètre Pente: O pour mille Nature du fond: Couche filtrante constituée de 300 mm de cailloux 30 150 mm mm de cailloux 8 30 mm mm de scories de four électrique O 3 mm Nature des murettes: scorie des fours électriques de même qranulométrie que ci-dessus Caractéristiques de la pulpe Boue de granulométrie inférieure à 13 micromètres composée de la partie fine des minerais de nickel (silicates de fer et de magnésium et oxydes de fer) Dilution: 21,6 % de solide Floculation à une dose de 200 grammes par tonne de flocu- lant -9- Caractéristiques de l'épandage Débit de pulpe:-15 m 3/h Point d'épandage: à 2 mètres du bord d'un petit côté du bassin Quantité épandue: 100 kg par m 2 Pente observée à la fin de l'épandage: 0,4 pour mille Caractéristiques du séchage Pente sur produits secs: 0,3 pour mille Siccité à 30 jours (approximative): 65 % Caractéristiques du ramassage Charqeuse frontale: 60 tonnes par heure La pente conduit à une épaisseur de boue très variable d'un point à un autre, ce qui est possible dans un petit bassin mais n'a aucun sens dans une installation industrielle Les produits ramassés là o la couche est mince sont pulvérulents et générateurs de poussière Les produits ramassés o la couche est épaisse constituent une boue plastique difficilement manipulable. - REVENDICATIONS 1 Procédé pour épandre en vue de son séchage natu- rel une pulpe dont la fraction solide présente un d 80 in- férieur à 100 micromètres, caractérisé par le fait qu'il comprend en succession les étapes suivantes: a) ajustement du taux de solide de la pulpe à une valeur comprise entre 2 et 25 X; b) addition et mélange d'un floculant à la pulpe, la dose de floculant étant comprise entre deux tiers et 98 % de la dose optimale nécessaire pour floculer une telle pulpe c) épandage à l'air libre dans un bassin dont les bords sont perméables et dont le fond présente une pente infé- rieure à 5 pour mille, ledit épandage intervenant dans un délai de 1 à 20 minutes après l'addition et le mélange du- dit floculant. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans l'étape a) le taux de solide de la pulpe est ajusté à une valeur comprise entre 5 et 15 %. 3 Procédé selon les revendications 1 et 2 prises séparément, caractérisé oar le fait que dans l'étape b) la dose de floculant est comprise entre 85 et 95 % de la dose limite inférieure normale pour floculer une telle pulpe. 4 Procédé selon les revendications 1 àa 3 prises séparément, caractérisé par le fait que ledit épandaqe de la pulpe intervient dans un délai de 2 à 10 minutes après l'addition et le mélange du floculant à la pulpe. Procédé selon les revendications 1 à 4 prises séparément, caractérisé par le fait que ledit bassin d'épandage présente une pente compris entre 0,5 et 1,5 pour mille. 6 Procédé selon les revendications 1 à 5 prises séparément, caractérisé oar le fait que ledit bassin d'épandage présente la forme d'un rectangle dont le rap- port entre la longueur et la larqeur est compris entre 1 et 50. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la larqeur dudit rectangle est comprise 252252 A 11 - entre 5 et 100 mètres. 8 Procédé-selon les revendications 1 à 7 prises séparément, caractérisé par le fait que le fond du bas-sin d'épandage est réalisé en un matériau choisi dans le grou- pe constitué par le sable filtrant et la terre battue. 9 Procédé selon les revendications 1 à 8 prises séparément, caractérisé par le fait que le fond dudit bas- sin est réalisé en sable dont les grains ont une taille comprise entre 20 micromètres et 3 millimètres. 10 Procédé selon les revendications 1 à 9 prises séparément, caractérisé par le fait que les bords dudit bassin sont constitués par des murettes dont la hauteur est comprise entre 0,5 et 1 mètre. 11 Procédé selon les revendications 1 à 10 prises séparément, caractérisé par le fait que les bords dudit bassin d'épandage sont des murettes constituées par des cordons de produits grenus. 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que ledit produit grenu est un sable dont la taille des grains est comprise entre 200 microns et 3 mm. 13 Procédé selon les revendications 1 à 12 prises séparément, caractérisé par le fait que lesdites murettes comportent des busettes ( 3) pour l'évacuation de l'eau de décantation. 14 Procédé selon les revendications 1 à 13 prises séparément, caractérisé par le fait que lesdites busettes ( 3) sont amovibles. Procédé selon les revendications 1 à 14 prises séparément, caractérisé par le fait que la quantité de pulpe épandue correspond a une masse de matière solide par mètre carré comprise entre 50 et 200 kg. 16 Procédé selon les revendications 1 à 15 prises séparément, caractérisé par le fait que la vitesse d'épan- daqe est comprise entre 2 et 20 kg/h/m 2. 17 Procédé selon les revendications 1 à 16 prises séparément, caractérisé par le fait que la matière sèche de la pulpe présente un d 80 inférieur à 20 micromètres.