Brevet FR2566675A1 — publié le 19860103

Procédé et dispositif d'admission de boue. La présente invention concerne un procédé et un appareillage pour amener une boue, contenant des solides et de l'air dans un fluide porteur, dans un réservoir rempli de fluide. Les documents de l'art antérieur les plus pertinents connus de la Demanderesse sont les brevets US 4 309 283, 3 399 770 et 4 433 499. Parmi les brevets ci-dessus, le brevet US 4 333 499 décrit un dispositif comportant certaines des caractéristiques mécaniques de la présente invention, à savoir des aubes verticales pour arrêter la rotation du fluide, mais d'autres caractéristiques de l'invention sont absolument différentes de l'invention revendiquée dans cette demande. La présente invention décrit un procédé et un appareillage d'injection d'une boue amenée par une tuyauterie dans un réservoir rempli d'un fluide, avec sensiblement peu de turbulences au moment o le matériau pénètre dans le réservoir. L'invention est mise en oeuvre en montant une chambre immergée dans le fluide du réservoir de manière que sensiblement la totalité de la chambre soit immergée dans le fluide. La chambre est cylindrique et son axe est en alignement avec l'axe vertical du réservoir. La tuyauterie pénètre dans la chambre selon une tangente au diamètre de la chambre cylindrique, ce qui fait que le fluide et les solides formant la boue créent un tourbillon dans la chambre. Les forces centrifuges refoulent les solides les plus lourds vers la paroi externe de la chambre et la gravité fait descendre les solides en direction de la sortie se trouvant dans le fond de la chambre. Simultanément, la force centripète refoule l'air emprisonné, plus léger, vers l'axe central de la chambre, d'o il peut s'échapper vers le haut. En un emplacement plus bas un ensemble d'ailettes verticales est interposé sur le parcours de rotation du tourbillon. L'action rotationnelle du tourbillon est réduite par les aubes verticales, ce qui réduit les perturbations provoquées par les fluides et les solides sortant par le fond de la chambre. Comme l'air emprisonné a été éliminé, les solides tombent en provoquant moins de perturbations dans le lit de solides situé au fond du réservoir. L'une des caractéristiques importantes de la présente invention est l'élimination de l'air emprisonné dans la boue avant qu'elle pénètre dans le réservoir. Si de l'air devait pénétrer en même temps que la boue tombant dans le réservoir, il y aurait sensiblement plus de turbulences. Les bulles commenceraient par être refoulées ou entraînées vers le fond en mime temps que le matériau ou les solides, puis monteraient dans le fluide en entraînant de petits solides avec elles. Les solides parviendraient alors dans le trop-plein en passant par le déversoir supérieur, provoquant une forte augmentation du débit des solides et une forte augmentation des dimensions des solides dans la partie de trop-plein du réservoir. On va maintenant décrire l'invention plus en détail avec référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe d'un réservoir montrant l'appareillage d'admission de boue monté dans le réservoir, et la figure 2 est une vue par dessus de l'appareillage d'admission de boue montré à la figure 1. Si on se réfère aux deux figures et en particulier à la figure 1, un réservoir à boue indiqué par la flèche 10 comprend une paroi latérale 11 et un fond 12. La paroi latérale et le fond peuvent être réalisés en métal, en ciment ou en tout autre matériau approprié. Le matériau effectivement utilisé dépend de l'endroit o l'appareillage est installé et de la facilité d'obtenir le matériau particulier à l'endroit o est fixée l'installation. Des moyens de commande de trop-plein sont constitués par une partie élargie du réservoir 13 entourant la partie supérieure 14 du réservoir 10 et comprenant une partie supérieure 15 plus haute que la partie supérieure 14 du réservoir 10. La partie 13 comprend un fond 16 qui entoure la partie 13 en direction de l'échappement des fluides. Un tuyau de trop-plein 17 traverse une soupape d'arrêt 18 et un tuyau subséquent 19 qui est raccordé à une fosse de vidange 20. La boue est amenée par le tuyau 21 d'un front de taille d'une mine, par exemple, jusqu'à un appareillage d'admission indiqué dans son ensemble par la flèche 22. L'appareillage d'admission est ancré par des moyens quelconques tels que des éléments d'entretoisement (non représentés) à la paroi latérale 11 du réservoir, à la partie élargie 13 ou au toit de la mine, ou encore à toute structure indépendante et appropriée (non illustrée). L'appareillage d'admission 22 fonctionne fondamentalement pour réduire les turbulences dans une conduite haute vitesse pénétrant dans un réservoir et il est constitué de façon générale par une partie cylindrique 23 et par une partie conique 24 comportant une sortie 25. Les fluides qui arrivent dans l'appareillage d'admission, en provenance du tuyau 21, sont dirigés de façon générale par la sortie 26 à partir du tuyau 21 de manière à tourbillonner autour de l'appareillage d'admission 22. Quand le matériau pénètre dans la chambre 22, il forme un tourbillon 28 autour de l'axe vertical de la chambre 22. La force centrifuge provoquée par le tourbillon projette les solides les plus lourds vers la. paroi externe 23 de la chambre 22 Simultanément, la force centripède refoule l'air emprisonné et plus léger vers l'axe du tourbillon. Il est extrêmement important, au cours du fonctionnement de l'appareillage d'ensemble montré à la figure 1, d'éliminer lVair emprisonné. Cet air emprisonné est évacué par l'ouverture 9 pratiquée dans l'appareillage d'admission de boue 22. Le matériau restant tombe alors par gravité comme illustré par les flèches 8 dans une seconde région contentant des aubes 27, région dans laquelle les solides viennent frapper les aubes en même temps que les fluides en rotation, ce qui réduit à la fois la rotation des solides et des fluides. Quand la rotation se ralentit, le matériau restant sort par l'ouverture 25 dans le sens de la flèche 21 et tombe sur le lit 32 contenu dans le réservoir 10. L'élimination de la boue est réalisée par un appareillage comprenant une embouchure en forme de cloche 35 qui communique par un coude 36 à 90 avec un tuyau horizontal 37 traversant une ouverture 38 pratiquée dans la paroi latérale 11 et parvenant par l'intermédiaire d'une soupape d'arrêt 39 à la pompe à boue 40. La sortie de la pompe 40 est reliée à un tuyau 41 qui peut être accouplé à un appareil élévateur 42 si le réservoir 10 se trouve à une profondeur supérieureà celle de la destination finale de la boue. L'appareil élévateur 42 communique par un tuyau 43 avec la destination finale de la boue telle qu'une usine de préparation si la boue est constituée par du charbon et de l'eau. Il est évident que, si le réservoir 10 est situé à la surface, un appareil élévateur n'est pas nécessaire. Dans ces conditions, la pompe 40 communiquerait directement avec un tuyau 41 qui pourrait être relié à l'appareil d'utilisation final de la boue et non à un appareil élévateur. Une pompe 52 pompe les liquides de la fosse 20 en les faisant monter par un tuyau 53 jusqu'à l'entrée 54 de la pompe 52. La sortie 57 de la pompe 52 est raccordée à un tuyau 62. Il est souhaitable que la boue soit maintenue à l'état fluidisé à proximité de l'embouchure en forme de cloche 25 dans le réservoir 10. Il est également souhaitable de maintenir un état fluidisé dans l'ensemble du fond du réservoir 10 quand on le nettoie, et spécialement s'il présente un fond plat 12 comme montré. Pour obtenir la fluidisation, on incorpore plusieurs buses de fluidisation. La première série comprend un collecteur 71 comportant un ensemble de buses 72 montées autour de lui et dirigées vers le bas, comme illustré par les lignes 73. Le collecteur 71 est relié par un tuyau 74 à une pompe 77. La pompe 77 pompe son fluide de la fosse 20 par une tuyauterie 78. Une seconde buse 80 est montée de manière à diriger son jet dans l'embouchure en forme de cloche 35 pour briser les particules de boue solidifiées et pour faciliter le mouvement de la boue dans l'embouchure en forme de cloche. La buse 80 est reliée par un tuyau 81 et par l'intermédiaire d'une soupape de détente et d'une soupape de retenue (non représentées) à une pompe 84. La pompe 84 pompe son liquide de la fosse 20 qui lui est reliée par un tuyau 85. Une troisième série de buses de fluidisation destinées à faciliter le nettoyage du réservoir est montée autour du c5té extérieur du réservoir 10 au moyen d'un collecteur 86 en forme de tuyau circulaire comprenant un ensemble de buses 87 traversant la paroi latérale du réservoir 10 et dirigées le long du fond comme montré par les lignes 88. De même, le tuyau circulaire 86 est relié par un tuyau 89, une soupape de détente et une soupape de retenue (non représentées) à la pompe 92. La pompe 92 pompe son liquide de la fosse 20 qui lui est reliée par un tuyau 93. Une source d'eau 95 est reliée par un tuyau 96 à la fosse 20. Avant de décrire le fonctionnement de l'appareillage d'admission 22, il est nécessaire de faire une description d'ensemble du dispositif de récupération. Le dispositif de récupération comprend fondamentalement le réservoir 10 qui est dimensionné pour retenir la boue nécessaire à l'opération minière envisagée, ceci signifiant que le réservoir doit être dimensionné de façon à maintenir un débit de boue sortant régulier et de densité uniforme alors que les quantités de boue sont variables à l'entrée. Une source de boue 29 peut être constituée par un front de taille de mine souterraine ou par une mine de surface, et peut être constituée par tout matériau tel que du phosphate, du charbon, du minerai de fer ou tout autre produit quelconque. La présente description sera limitée à celle utilisée pour le charbon; cependant, l'appareillage n'est pas limité à l'utilisation de charbon. Quand le matériau est constitué dans la source de boue 29, il est amené par les tuyaux 21 et 30 à l'appareillage d'admission 22. Généralement, l'entrée 26 est formée de manière à amener le matériau à tourbillonner autour du cSté interne de l'appareillage d'admission 22 La turbulence à l'entrée est réduite par les aubes 27 qui ralentissent la rotation et permettent au matériau de tomber et de sortir par le fond de la partie conique 24 et la sortie 25 pour parvenir à' l'intérieur du réservoir 10. Le matériau solide se trouvant dans le réservoir 10 se dépose en direction des flèches 33. Lorsqu'une quantité de boue suffisante s'est accumulée à l'intérieur du réservoir 10, la pompe 40 et la pompe 52 sont mises en marche, ainsi que la pompe 77, qui aspire l'eau de la fosse 20 et l'envoie au collecteur 71 entourant l'extérieur de l'embouchure en forme de cloche 35. Le fluide s'écoule alors par les buses 72 et il commence à agiter la boue à proximité de l'embouchure en forme de cloche 35. Des buses de fluidisation additionnelles 87 et 80 peuvent être mises en marche en actionnant les pompes 92 et 84 respectivement, qui aspirent leur fluide de la fosse 20 en passant par les tuyaux 93 et 85 respectivement, et font descendre le fluide par des tuyaux 89 et 81 respectivement jusqu'aux buses.-La boue étant ou non fluidisée autour de l'embouchure en forme de cloche 35, ia pompe 40 peut aspirer la boue de l'embouchure en forme de cloche 35 en passant par le coude 36 et le tuyau 37 l'amenant jusqu'à ladite pompe 40. L'appareillage montré à la figure 1 présente une caractéristique permettant un contrôle soigneux de la densité du fluide aspiré dans le tuyau 37 par la pompe 40. Cette caractéristique n'est pas décrite dans la présente demande mais dans les demandes de brevet américain déposées sous les numéros 627 161 et 627 167 le 2 Juillet 1984. Cette caractéristique ne fait pas partie de l'invention; mais il est possible de contrôler soigneusement la densité en ajoutant des fluides ou en réduisant les fluides qui pénètrent par l'orifice 64 en aspirant de l'eau de la fosse 20 par l'intermédiaire du tuyau 53, de l'entrée 54 et de la pompe 52. Les fluides sont alors refoulés par la sortie 57 de pompe 52 et le tuyau 62 pour parvenir à l'orifice 64. Il est évident que les fluides qui parviennent par les tuyaux 21 et 30 ainsi que par les buses de fluidisation 72, 87 et 80, contribuent tous à augmenter la quantité de fluide dans le réservoir 10. Il faut donc prévoir un trop-plein quelconque. Dans le mode de réalisation décrit, le trop-plein est constitué par une partie circulaire externe et élargie 13 dont la partie supérieure 15 est plus haute que la partie supérieure 14 du réservoir. Ce trop-plein s'écoule par dessus la partie supérieure 14 dans le réservoir constitué entre la partie élargie 13 et la paroi latérale 11. Le courant est ensuite envoyé à la fosse 20 par le tuyau de trop-plein 17 et le tuyau 19. Ceci alimente la fosse en fluides additionnels, dans la mesure o cela est nécessaire pour faire fonctionner les diverses buses de fluidisation. Ainsi, l'eau 49 est remise en circulation par le déversoir constitué par la partie supérieure 14 du réservoir 10 et par la tuyauterie 19 qui va à la fosse 20. Si nécessaire, on peut amener de l'eau en supplément à la fosse 20 depuis une source 95 et par un tuyau 96. La fosse 20 doit être munie de certains moyens pour éliminer le matériau particulaire qui s'y est accumulé après avoir passé, dans la direction de la flèche 48, par dessus la partie supérieure 14 du réservoir 10. Ainsi que cela a été - déterminé au moyen d'un prototype construit effectivement, la quantité et la dimension maximale du matériau particulaire passant par dessus la partie supérieure 14 sont directement liées au débit des fluides passant par dessus la partie supérieure 14. Le matériau particulaire en excès qui s'accumule dans la fosse 20 peut être éliminé par tout moyen connu dans ce domaine de la technique. Cependant, la quantité qu'il faut éliminer ne constitue en général qu'un petit pourcentage de la quantité totale traitée dans l'appareillage de récupération décrit ici. Le fonctionnement de l'appareillage d'admission de boue est le suivant: Si on se réfère à la figure 2, le tuyau 21 qui amène la boue contient des solides, du fluide et de l'air emprisonné. Pour diverses raisons, l'air emprisonné est extrêmement gênant pour l'appareillage précédemment décrit. La raison principale est que, sans l'appareillage d'admission de boue, l'air emprisonné se comporte comme une source de turbulences additionnelles dans la partie supérieure du réservoir. Cette augmentation des turbulences se traduit par une probabilité plus forte qu'une quantité plus élevée et des particules solides plus importantes soient emportées dans le trop-plein. Les bulles formées dans l'air emprisonné peuvent entraîner des solides additionnels provenant du lit 32 et également maintenir les solides provenant de la source de boue 29 en suspension. Il est évident que de grandes quantités de matériau sont transférées du lit 32 à la fosse 20 du fait de cet air emprisonné. Une seconde caractéristique indEsirable de l'air emprisonné est la possibilité de formation de mousse sur la surface du fluide 50 dans le réservoir 10. Cette mousse peut être créée dans une mesure telle qu'elle peut passer par dessus la partie supérieure 15 de la partie élargie 13, ce qui a de nombreux effets indésirables dans la région située autour et à l'extérieur de la paroi du réservoir 10. Pour éliminer l'air emprisonnE, le tuyau d'amenée de boue 21 est monté dans une partie cylindrique 23 selon une tangente, de manière que la boue forme un tourbillon à l'intErieur de la paroi cylindrique 23. La force centrifuge provenant du tourbillon refoule le matériau solide plus lourd dans le sens des flèches 55, de telle sorte que les solides 56 se rassemblent contre la paroi cylindrique 23. La gravité fait alors descendre les solides le long de la paroi cylindrique 23 vers la partie conique 24. Dans la partie conique 24 est prévue une section contenant un ensemble d'aubes 27. Lorsque le matEriau entrainE en rotation vient frapper ces aubes, leur rotation diminue. Les fluides, tout en tournant autour de l'intérieur de l'appareillage d'admission 22, viennent frapper les aubes 27 et sont ralentis dans leur rotation. Tenant compte de ce qui précède, le matériau qui sort par la sortie 25 crée une turbulence beaucoup moins forte dans les fluides remplissant le réservoir 10 et dans les solides formant le lit 32. L'air plus léger qui est emprisonné dans le tuyau d'amenée de boue 21 migre du fait de la force centripète dans le sens de la flèche 59 en direction du centre du tourbillon. Il se dégage alors par l'ouverture 9 de l'appareillage d'admission 22. On peut voir par ce qui précède que la boue qui descend par gravité dans la partie conique 24 est débarrassée pratiquement de tout l'air emprisonné; donc, à mesure qu'elle tombe dans le sens de la flèche 31 dans le lit 32, elle réduit les perturbations ou turbulences dirigées vers le lit 32. En outre, la rotation du matériau qui pénètre dans la réservoir 10 se réduit, d'o une réduction au minimum des perturbations dans le lit 32. Naturellement, il est évident que plus le lit 32 est perturbé, plus le nombre de particules est élevé et plus les particules se trouvant en suspension au-dessus du lit 32 sont importantes, avec possibilité d'être emportées par dessus la partie supérieure 14 du réservoir 10. La caractéristique principale de la présente invention consiste à éviter qu'un nombre excessif de particules passe par dessus la partie supérieure 14 du réservoir 10, et de réduire la dimension de ces particules, de manière à maintenir au minimum les nécessités de nettoyage de la fosse 20. Deux tuyaux 21 et 30 ont été représentés à la figure 2. Il est clair qu'un ou plusieurs tuyaux peuvent parvenir à l'appareillage d'admission 22. Naturellement, il est souhaitable qu'ils y pénètrent sous une tangente, comme illustré à la figure 2, pour les raisons qui ont été indiquées. Il est clair que des modifications-peuvent être apportées à la présente demande tout en restant dans l'esprit et le champ d'application de l'invention tels qu'ils sont indiqués dans la description et les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Procédé pour amener une boue contenant des solides et de l'air emprisonné dans un fluide porteur vers un réservoir rempli de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à a) immerger un récipient en communication avec ledit fluide du réservoir sur une profondeur dans ledit fluide du réservoir telle que le récipient soit sensiblement rempli dudit fluide du réservoir, b) injecter la boue dans le récipient de manière à entraîner la boue en rotation et à former un tourbillon dans le récipient, l'air léger et emprisonné étant refoulé par la force centripète en direction de l'axe central du tourbillon et séparé de la boue, alors que les solides plus lourds sont refoulés par la force centrifuge en direction du c8té du récipient, c) éliminer l'air séparé de ladite chambre en le faisant sortir par la partie supérieure de la chambre, d) transférer lesdits solides et liquides en rotation vers un second emplacement dans le récipient, e) réduire la rotation desdits solides et fluides dans ce second emplacement, et g) évacuer les solides et les fluides dudit second emplacement et déposer ces derniers dans le fluide du réservoir sous forme d'un mélange de solides et de fluides. 2. Appareillage comprenant un réservoir (10) présentant une partie supérieure et au moins une paroi latérale fermée et un fond, un moyen de trop-plein monté au travers de ladite paroi latérale à proximité de ladite partie supérieure, et des moyens pour évacuer ledit matériau solide, montés à l'intérieur du réservoir à proximité du fond, caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens d'admission comprenant: a) une chambre d'admission (22) comprenant une première partie, ladite première partie présentant une partie supérieure et une paroi latérale sensiblement circulaire, la première partie étant montée à l'intérieur desdits moyens à réservoir de manière que la partie supérieure de ladite chambre soit sensiblement au même niveau que celui desdits moyens de trop-plein, b) une seconde partie de chambre d'admission fixée au-dessous de ladite première partie, la seconde partie comprenant un fond muni d'une ouverture (25) la traversant et communiquant avec l'intérieur du réservoir, c) des moyens pour monter des tuyaux d'admission (21) tangentiellement à ladite première partie, la boue contenant de l'air emprisonné et qui pénètre dans lesdits moyens d'admission engendrant de ce fait un tourbillon (27) qui amène ledit air à se déplacer en direction de l'axe dudit tourbillon et lesdites particules solides à se déplacer en direction de la paroi circulaire (23) de la première partie, o la gravité fait passer les fluides et les solides dans la seconde partie, d) des moyens (27) pour ralentir la rotation desdits fluides et des solides, rotation provoquée par la formation du tourbillon, et e) des moyens pour évacuer l'air emprisonné la première partie. 3. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens pour éliminer la rotation comprennent un ensemble d'aubes (27) montées dans la seconde partie, radialement par rapport à l'axe de rotation du tourbillon (28). 4. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens à tuyaux comprennent un ensemble de tuyaux. 5. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour éliminer la rotation comprennent un ensemble d'aubes (27) montées dans la seconde partie radialement par rapport à l'axe de rotation du tourbillon, et que lesdits moyens à tuyaux comprennent un ensemble de tuyaux. 6. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la seconde partie comprend une chambre à paroi de section tronconique (24) dont la base est montée dans la première partie, et que lesdits moyens de ralentissement comprennent un ensemble d'aubes (27) fixées à la paroi interne de la chambre de forme conique. 7. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens pour évacuer l'air de la première partie comprennent une ouverture (9) traversant la partie supérieure de la première partie. 8. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la seconde partie comprend une chambre à paroi de section tronconique, dont la base est montée dans la première partie, que lesdits moyens de ralentissement comprennent un ensemble d'aubes fixées à la paroi interne de la chambre de forme conique, et que lesdits moyens pour évacuer l'air de la première partie comprennent une ouverture traversant la partie supérieure de ladite première partie.