Brevet FR2548039A1 — publié le 19850104

La présente invention a trait au domaine de la concentration de matières solides finement divisées dans un véhicule liquide par le procédé d'électrophorèse, comme par exemple la déshydratation de produits minéraux en suspension aqueuse. Elle a trait plus spécialement à un dispositif perfectionné de concentrateur, apte à être mis en oeuvre en continu dans des conditions techniques et économiques valables. I1 est bien connu que, par création d'un champ électrique entre une cathode et une anode en contact avec une dispersion aqueuse de particules solides ionisables ou suspensoïdes, on peut déshydrater le bain en récupérant au niveau de l'anode une pâte concentrée en matière solide alors que l'eau est rassemblée à la cathode. Ce phénomène a été essayé dans de nombreux domaines techniques dont pour la purification des eaux résiduaires et pour la préparation de pâtes céramiques ou encore la confection de pièces en forme à partir de barbotines. On a déjà décrit pour la mise en oeuvre d'un tel processus divers appareillages faisant appel soit à des formes particulières d'électrodes, le plus souvent par exemple des anodes sous forme de disques ou tambours qui tournent dans le bain à concentrer ou parfois sous forme de bandes sans fin, soit à l'utilisation de métaux spécifiques tels que le zinc ou le fer pour ces électrodes, soit encore à l'emploi de moyens spécifiques tels que : récupération du concentrat solide par râclage de l'anode, usage d'anode poreuse et de diaphrames particuliers, modification séquentielle de l'intensité ionique, etc... Malgré tous ces enseignements et suggestions d'appareillages, il ne semble pas que l'on soit arrivé à mettre au point une machine fiable, capable de fonctionner en continu, fournissant de bons rendements c'est-a-dire une concentration d'au moins 10 à90% en matière solide sans variation de cette concentration dans le bain de traitement, avec des électrodes faciles à nettoyer et peu dégradables et donnant lieu à l'obtention de produit solide non pollué par les éléments de décomposition des électrodes. L'invention vise précisément de tels buts et permet de résoudre le problème de l'obtention en continu d'une pâte ou feuille homogène en concentration de produit solide avec un rendement optimum et sans usure anormale des principaux organes, notamment des électrodes. Elle propose à cet effet un nouveau concentrateur qui fait appel, certes, à un certain nombre de moyens connus en soi mais qui, par leur judicieuse combinaison et par l'adaptation des principaux paramètres critiques pour un fonctionnement optimum, permet d'éviter la plupart des inconvénients susvisés de la technique connue. Conformément à sa définition la plus générale, l'appareil selon l'invention comporte essentiellement a) un chassis longiforme supportant à ses extrémités deux cylindres dont l'un est mû par moto-réducteur accouplé par transmission, ces cylindres entraînant une bande métallique sans fin formant anode ; b) au-dessus de ce chassis et sur la majeure partie de sa longueur, un caisson étanche d'alimentation en suspension, en contact avec ladite bande par des joints frottants de type râcleurs et dans lequel est fixé sur toute sa longueur, à distance variable de l'anode, une cathode métallique poreuse, le caisson étant en outre muni : d'au moins un entonnoir d'alimentation, de surverses de liquide permettant d'assurer un niveau constant du bain et d'un orifice d'évacuation du liquide séparé ; l'anode et la cathode étant reliées à un générateur de tension électrique, avec interposition sur le circuit d'un ensemble capteur-transmetteur analogique destiné à réguler le courant en fonction de la vitesse de la bande métallique pour obtenir en permanence un rendement maximum. Selon une autre importante caractéristique de l'invention, les électrodes longiformes sont toutes deux réalisées en acier inoxydable, ce qui permet d'éviter toute décomposition en particules métalliques nuisibles à la composition du concentrat de solide et d'assurer une bonne longévité dans une marche en continu. Alors que l'anode est réalisée en une bande métallique pleine, par exemple de 7 à 9/10 mm, de métal inoxydable, la cathode poreuse est avantageusement constituée soit par une grille inox fine, par exemple de maille 1 à 3 mm soit par une telle grille doublée d'un tissu ou feutre filtrant en fibre synthétique. Cela permet de séparer du liquide évacué au niveau cathodique la quasi-totalité des matières solides. D'autres caractéristiques apparaitront dans la description qui suit, relative à un exemple de réalisation, non limitatif, d'un concentrateur selon l'invention schématiquement illustré sur la figure (unique) du dessin annexé. Tel que représenté sous forme simplifiée, l'appareil comprend un chassis 12 supportant à chaque extrémité un cylindre rotatif 1, l'un des deux cylindres étant actionné par un moteur à vitesse variable 11 par l'intermédiaire d'un système de transmission 3. Sur les deux cylindres circule une bande sans fin 2 en acier inox de type Z 2 CN 18-10 (norme AFNOR), par exemple d'environ 8/10 mm, dont la vitesse d'entraînement variable est régulée comme il sera expliqué ci-après. Un ensemble de caisson étanche 13 est disposé au-dessus de la bande anodique 2 avec des points isolants 16 en contact avec cette dernière. Ces joints racleurs, en caoutchouc synthétique, sont calculés pour ne s ouvrir que sous une pression d'un volume donné de concentrat solide. L'alimentation en bain électrolytique du caisson se fait par un ou des entonnoirs 5 et des surverses 6 sont prévues pour maintenir la suspension à un niveau constant dans le caisson. L'éjection du liquide rassemblé à la partie cathodique est assurée par un évacuateur SI, également de type surverse. Une cathode poreuse 4 est installée sur toute la longueur du caisson 13 sous forme de grille fine en acier inox, par exemple également en alliage Z 2 CN 18-10, éventuellement doublée d'une toile filtrante et sa distance de fixation sur le corps du caisson est prévue réglable, par rapport à la bande anodique, par tout moyen connu en soi, de façon à réguler l'épaisseur de suspension soumise au champ électrique. Le champ électrique est généré entre l'anode 2 et la cathode poreuse 4 par un générateur de courant 8 sur le circuit duquel on a incorporé un capteur d'intensité9 et un transmetteur analogique 10 qui permet de réguler la vitesse de défilement de la bande 2 sur laquelle se dépose le matériau solide, en fonction de l'intensité absorbée, grâce à l'effet électrophorétique. concentré. En pratique, le dépôt de matière solide sur la bande anodique 2 est recueilli en haut du caisson sous le joint à lèvres 16-qui assure l'étanchéité. Le matériau peut être ensuite compacté par un rouleau presseur 14 puis, si désiré, granulé à l'aide, par exemple, d'un rouleau à empreintes 15. Un tel dispositif tel que décrit ci-dessus a été expérimenté avec succès par la Demanderesse pour la production en continu de 1000 kg/heure d'une feuille d'argile de 3 à 4 mm d'épaisseur avec une teneur résiduelle en eau d'environ 20 à 24 %, à partir d'une suspension aqueuse de barbotine contenant-40#â 60 % d'eau. La même technique peut être utilisée pour la production de nombreuses autres matières minérales concentrées. telles que carbonate de chaux, sulfate de baryte, talc ou autres. Elle peut aussi être avantageusement mise en oeuvre pour la séparation des particules solides et floculantes dans les eaux résiduaires ou encore pour la concentration de suspensions d'homo ou çopolymères dans des liquides organiques polaires. On- notera qu'avant de parvenir à la mise au point d'un tel appareil, la Demanderesse a expérimenté longuement les matériaux et agencements connus et décrits jusqu'ici comme par exemple tambours rotatifs trempant dans le bain de suspension ; utilisation de divers métaux comme électrodes tels que : zinc, aluminium, alliages d'aluminium, acier ordinaire, caoutchouc magnétique. Les résultats ont été le plus souvent décevants tant au point de vue du rendement de production que de la détérioration des électrodes. Il apparait donc que la machine conçue selon les principes susvisés de l'invention permet de généraliser un compromis optimum aux plans : des matériels mis en oeuvre- tous accessibles dans le commerce- des équilibres de concentration en produit solide dans le liquide ainsi que des consommations et de rendements. Divers variantes de réalisation peuvent être mises en oeuvre au cours de l'utilisation de la machine en cause. Par exemple, on peut améliorer l'équilibre des pressions réalisées par le système d'alimentation et d'évacuation des produits à traiter en disposant sous vide contrôlé la partie haute du caisson 13. Par ailleurs, on renforce l'étanchéité des concentrats solides à la sortie de ce caisson eninstallant l'appareil de façon inclinée d'un angle convenable par rapport à l'horizontale. REVENDICATIONS 1. Appareil pour la concentration de matières solides en suspension dans un liquide en vue de la production en continu d'une feuille ou nappe de matériau solide se supportant d'elle-même et à faible teneur en liquide, du type faisant appel à des éléments cathodique et anodique entre lesquels on applique un champ électrique de façon à rassembler la fraction liquide au niveau d'une cathode fixe et à faire déposer les particules solides sur une anode mobile, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement a) un chassis longiforme (12) supportant à ses extrémités deux cylindres (1),l'un est mû par moto-variateur (11) accouplé par une transmission (3), les deux cylindres (1) entraînant une bande métallique sans fin (2) formant anode ; b) au-dessus de ce chassis et sur la majeure partie de sa longueur, un caisson d'alimentation étanche (3), en contact avec ladite bande par des joints frottant (16) du type râcleurs et dans lequel est fixée sur toute la longueur, à distance variable de l'anode, une cathode métallique poreuse (4), le caisson étant en outre muni : d'au moins un entonnoir d'alimentation (5), de surverses (6) de liquide permettant d'assurer un niveau constant du bain et d'un orifice (7) d'évacuation du liquide séparé ; l'anode et la cathode étant reliées à un générateur de tension électrique (8), avec interposition sur le circuit d'un ensemble capteur (9)-transmetteur analogique (10) permettant de réguler- la vitesse de la bande métallique pour obtenir en permanence un rendement maximum. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux électrodes (2, 4) sont réalisées en métal inoxydable. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la cathode poreuse (4) est constituee par une grille métallique fixe en inox, de maille 1 à 3 mm, éventuellement doublée d'une toile ou feutre filtrant en fibre synthétique. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie supérieure du caisson est mise sous vide contrôlé et en ce que l'ensemble de l'appareil est incliné pendant son fonctionnement. 5. Application de l'appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, à la concentration de particules de matières minérales telles que argiles, talc, carbonates de calcium, sulfate de baryte ou autres, , en suspension dans l'eau ainsi qu'à l'épuration d'eaux résiduaires ou tout autre liquide.