Brevet FR2567039A1 — publié le 19860110

SECTEUR A EPAISSEUR VARIABLE POUR FILTRE ROTATIF A DISQUES L'invention concerne des secteurs à épaisseur variable destinés à constituer un disque de filtre rotatif pouvant comporter plusieurs disques. Depuis longtemps déjà, il est connu de réaliser le séparation par filtration d'une phase continue, liquide ou gazeuse, et d'une phase dispersée, solide ou :.qu-de, formant Ni!ailement une suspension résuitant, par exempie, de l'atraque d'un minerai. Pour ce faire, la suspension est amenée au-dessus d'un support, tel que. grille, toile, membrane, etc... sur lequel les particules solides se déposent en formant un gâteau d'épaisseur variable, tandis que la phase liquide constituant le filtrat, passe à travers la texture de filtration puis est recueillie par tout moyen de collecte. Selon les caractéristiques des suspensions à filtrer, telles que par exemple la concentration en matière sèche, la dimension des matériaux solides, l'aptitude à la séparation, l'agressivité du miiieu, -le degré de classification exigé, l'homme de l'art est amené à faire le choix d'un appareil approprié parmi les nombreuses technologies proposées sur le marché. Parrmi ces techno.ogies de filt.rtior. décrites dans!a l ttérature spécilisée, l'une d'entre elles est très souvent employée et appréciée dans le domaine de la séparation des phases liquide et solide de suspensions résultant des attaques de minerais selon les procédés hydrométallurgiques cette technologie concerne les filtres rotatifs à disques, tels que ceux décrits par exemple dans "Chemical Engineer's Handbook", page 978, par John H. PERRY, Edition n 5 Graw ille Book Company, 1950. Tels qu'ils sont décrts, 'es filtres rotatifs à disques comportent une pluralité de disques fixés perpendiculairement à un arbre horizontal creux. constitués de canaux dans lesquels on pratique des effets divers tels que, aspiration, soufflage... Chaque disque est formé de plusieurs secteurs indépendants garnis de toiles métaiiiques et/ou de sachets textiles filtrants, raccordés à l'arbre horizontal creux précité. Lors de l'opération de filtration, les disques, munis de leurs secteurs, plongent dans une auge contenant la suspension à filtrer, la phase solide étant collée par aspiration sur les toiles filtrantes, tandis que la phase liquide séparée s'écoule dans les collecteurs de l'arbre horizontal muni d'au moins un distributeur, au moyen de raccords existant entre chaque secteur et l'arbre Iui-même. La phase solide disposée sur la toile filtrante est ensuite essorée lors du passage à l'air libre, puis éliminée par soufflage d'air à contre-courant à ravers -es surfaces fiitrantes. Or, il est bien connu que chaque disque rotatif est formé de secteurs, chacun constitué d'une armature rigide donnant la forme au secteur, cette armature contenant le support de toile de filtration et une pièce de raccordement à l'arbre creux de collecte et d'entraînement. Selon l'art connu, le support de toile est généralement formé de matériaux métalliques perforés, tel que par exemple ti6le perforée, plane ou ondulée, dans le but de présenter le minimum de contact avec la toile filtrante. Ainsi, chaque face de secteur est munie d'un support de toile. Et ces deux supports de toile, insérés dans l'armature du secteur. sont maintenus entre eux, à distance constante, par des entretoises fixant l'épaisseur interne du secteur, cette épaisseur interne étant définie par la quantité de phase liquide à évacuer par la base du secteur, c'est-àdire près de l'arbre, là o la largeur dudit secteur est la plus faible. Dans d'autres cas, les deux supports de toile et les entretoises qui les relient peuvent tre constitués par exemple par une seule tôle ondulée, dont la hauteur d'ondulation constitue l'épaisseur interne du secteur nécessaire à l'écoulement de la phase liquide. Ainsi, l'épaisseur d'un secteur est constante, selon l'art antérieur, de la périphérie jusqu'à l'extrémité se trouvant au voisinage de l'arbre. Mais de tels secteurs, à épaisseur constante, présentent l'inconvénient majeur de disposer d'un volume interne conséquent renfermant une quantité importante de la phase liquide, qui est évacuée durant l'étape d'essorage simultanément avec la fraction de phase liquide imprégnant la phase solide déposée sur les faces du secteur. Mais l'étape d'essorage de la phase liquide, fixée par l'étape de filtration et la position physique du secteur au moment du soufflage, est généralement insuffisante pour permettre l'évacuation complète de la phase liquide se trouvant dans le secteur. Et dès lors que se produit l'étape de soufflage, la fraction de la phase aqueuse se trouvant encore edans ie secteur est projetée au travers des toiles de filtration. réhumidifiant 'a phase solide encore présente sur la toile. Ainsi, l'efficacité de l'essorage est diminuée. Mais de tels secteurs à épaisseur constante présentent égaiement un autre inconvénient majeur. En effet, même si la durée de l'étape d'essorage est suffisante pour évacuer du secteur la totalité de la phase iqu de, initialement présente et provenant de l'essorage, il est souvent constaté qu'une partie de cette phase liquide est encore présente dans le collecteur de l'arbre au moment o se produit le soufflage. La présence de cette phase liquide provoque une réduction de section du collecteur pour le passage de l'air, augmentant ainsi ies pertes de charge et réduisant de ce fait l'efficacité du soufflage. Il est certain qu'un tel inconvénient peut être limité par l'augmentation du diamètre du collecteur ou bien par l'inclinaison du collecteur. Mais ces deux possibilités entraînent l'apparition d'un nouvel inconvénient.qui est l'augmentation du diamètre de l'arbre de collecte et d'entraînement et de toute la technologie qui s'y rattache, telle que distributeur, paliers et étanchéité de l'arbre au passage de. la cuve.. Forte des Inconvénients précités, la demanderesse poursuivant ses recherches a trouvé et mis au point un secteur pour filtre à disques, réduisant le volume interne du secteur, tout en conservant une section de passage suffisante, là o la largeur du secteur est la plus faible, c'està-dire au voisinage de l'arbre pour permettre l'évacuation de la phase liquide contenue dans le secteur et le collecteur avant que s'effectue le soufflage. Le secteur de filtration selon l'invention, en vue de constituer un disque de filtration comprenant une armature rigide lui donnant forme, des supports de toile de filtration à l'intérieur de l'armature et une pièce. de raccordement à un arbre creux d'entraînement d'un filtre rotatif, ledit arbre contenant des collecteurs de fluides liquide et gazeux, est caractérisé en ce que ledit secteur est d'épaisseur interne croissante de son extrémité périphérique jusqu'à son extrémité au voisinage de l'arbre creux d'entraînement. Ainsi que dans l'art antérieur. l'épaisseur interne au vois'rage de l'arbre est déterminée pour offrir une section suffisante à l'évacuation de la phase liquide 4- d'imprégnation de la phase solide déposée sur la toile du secteur et de la quantité de phase liquide contenue dans le secteur, qui est fréquemment inférieure à la quantité de phase liquide contenue dans un secteur de l'art antérieur de mêmes dimensions mais ayant une épaisseur constante. De même que dans l'art antérieur, la quantité de la phase liquide à évacuer par la section du secteur à sa périphérie est pratiquement nulle. Selon 'Inrvention, l'épaisseur interne du secteur à sa périphérie que l'on repère par eo peut être nulle, si les supports de toiles sont constitués de surfaces planes par exemple. Mais pour des raisons pratiques de réalisation dudit secteur et également dans le cas o les supports de toile sont autres que des surfaces planes tels que par exemple panneaux ondulés, perforés ou non, ou gauffrés, l'épaisseur "e " de la périphérie répond à l'in.égalité 0 4 eo e/10" quand les supports de toile le permettent. Pour compléter les connaissances relatives à l'invention, il est fait usage des figures 1 et 2 permettant d'effectuer la comparaison entre un secteur selon l'art antérieur (figure 1) et un secteur selon l'invention {figure 2}. Selon la figure 1, illustrant l'art antérieur, un secteur de filtration' est en communication par un moyen approprié (1) faisant partie du secteur avec l'ambre de collecte et d'entraînement (2) tournant autour de son axe- géométrique (3). Ce moyen de communication (1) est solidaire d'une ossature (4) à l'intérieur de laquelle sont placés de part et d'autre des supports de toile (5), maintenus à distance constante l'un de l'autre, conférant au secteur une épaisseur "e" (6) égaie à la périphérie (14) jusqu'à l'extrémité (15) au voisinage de l'arbre (2). La section interne (7) du secteur offerte au passage de la phase liquide, contenue dans le secteur est située à une distance "r' de l'axe de rotation (3). Cette section interne (7) se définit par la largeur (8) du secteur au voisinage de l'arbre (2) et par l'épaisseur "e" (6). La section (9) à la périphérie située à la distance "R" de l'axe (3) est définie par a. largeur du secteur (10) d la périphérie (14) et l'épaisseur "e" (6) . Le volume interne d'un tel secteur peut être calculé d'après le théorème de Guldin "Si S est l'aire d'une surface plane tournant autour d'un axe situé dans son plan et ne la comportant pas, le volume de révolution engendré par cette surface est V - 2 l'aire S de l'axe de rotation". Ainsi, dans le cas de la figure 1, correspondant à l'art antérieur, ia surface S a (11) est définie par le produit de (R-r) et "e" (6). Son centre de gravité (12) est situé à une distance Rg(a) égale à (R-r)/2 + r7 de l'axe de rotation (3). Ainsi, le volume interne Va du secteur dans le cas de l'art antérieur est Va (R-r) e.2 n étant le nombre de secteurs formant un disque. Selon la figure 2. illustrant l'invention, un secteur de filtration est en communication par un moyen appropr;ié (1) faisant partie dudit secteur avec l'arbre de collecte et d'entraînement (2) tournant autour de son axe géométrique (3). Ce moyen de communication (1) est solidaire d'une ossature (13) à l'intérieur de laquelle sont placés de part et d'autre des supports de toiles (5) concourants, conférant au secteur une épaisseur croissante depuis la périphérie (14) jusqu'à l'extrémité . Cette section interne (7) se définit par la largeur du secteur (8) au voisinage de l'arbre (2) et par l'épaisseur "e" (6). Ainsi, la largeur (8) et l'épaisseur "e" (6) sont les mêmes pour les secteurs de l'art antérieur et de l'invention. La section (10) du secteur à ladite Dériphérie et par l'épaisseur "e " (17). Le volume interne Vi d'un tel secteur est également calculé selon le théorème de Guldin. Ainsi, dans le cas de la figure 2. correspondant à l'invention, la surface Si (18) est définie par le produit de (R-r) et (eo+e)/2. Son centre de gravité (19) est situé à une distance Rs(g) égale à: [Ra}) - CRs-r)/3 (2e-e')/(eejl de l'axe de rotation (3). Ainsi, le volume interne Vi du secteur dans le cas de l'invention est V.i - (R-r) (eo+e) - Rg(i) /l dans laquelle n est toujours le nombre de secteurs constituant le disque. Seon oune variante. correspondant au cas particulier o eO" est nulle, le volume interne Vi est déterminé par la relation Vi - (R-r) et Rg(i) /n Dès lors, il apparit entre les volumes internes de secteurs Vi selon l'invention et Va, selon l'art antérieur, un rapport Vi/Va qui répond à l'inégalité: (R+2r)/3(R+r) c'est-à-dire à épaisseur "e" constante. Selon la variante, correspondant au cas particulier of "e" est nul, ce rapport des volumes V./Va répond à l'égalité Vi/Va - (R+2r)/3(R+r) Grâce au secteur selon l'invention,. il est possible de mieux dimensionner les collecteurs et l'arbre d'un filtre rotatif à disques pour obtenir une évaluation pius rapide de la phase liquide et une meilleure efficacité du soufflage. EXEMPLE (illustré par les figures I à 5) Dans le cadre de la recherche et de la mise au point d'un secteur de filtration pour- filtre à disque à épaisseur croissante "eo" depuls la périphér'e (14) jusqu'à l35 'extrémité (151o d'épaisseur "e" au voisinage de l'arbre (2). la demanderesse a étués deux sect.eurs ayant la même surface de filtration et la même section de passage, l'un d'épaisseur 'e' constante appartenant à l'art antérieur (fig. 1), l'autre d'épaisseur variable appartenant à l'invention (fig. 2). Les caractéristiques des sections étaient les suivantes ART ANTERIEUR (FIG.1) INVENTION (fig.2) R 20 dm 20 dm r 5 dm 5 dm surface filtration 0, 833 m2 0,833 m2 e 0,4 dm 0,4 dm eo 0,4 dm 0 sect.passage (7) 0,48 dm2 0, 48 dm2 Le volume interne V du secteur selon l'art antérieur était de 19, 63 litres tandis que le volume interne Vi du secteur selon l'invention était de 7, 85 litres. Le filtre sur lequel étaient montés des secteurs formant des disques immergés à %, tournait à la vitesse de 3 tours par minute dans le but d'atteindre une productivité en phase liquide de 3000 litres.hWl.m2. Dans ces conditions, la quantité de la phase liquide traversant la toile de filtration durant les étapes de filtration et d'essorage correspondant à un four de rotation, était égale à 13,88 litres. A partir de mesures de débit de la phase liquide opéré sur un filtre à disques, en faisant varier la teneur en matière sèche de la suspension à filtrer, de manière à obtenir- sur la toile de filtration des secteurs des épaisseurs différentes de la phase solide déposée, on a pu établir la courbe de débit cumulé (A) (fig. 3) de la phase aqueuse à travers la toile de filtration progressivement chargée, ramenée à la surface de filtration d'un secteur. L'axe d'abscisse Y "en degrés" représente, selon une première échelle, une révolution de 360 d'un secteur, selon une deuxième échelle, les temps "t" en seconde correspondant à une révolution en 20 secondes (3 tours/rminute) et également les étapes 0( F correspondant à l'angle de filtration, Z( E correspondant à l'angie d'essorage, O( S correspondant à l'angle de soufflage et C(M angle mort non productif, le cumul de ces angles correspondant à une révolution. L'axe d'ordonnée représente en litres le débit cumulé de la phase liquide transitant par un secteur et ce volume interne des différents secteurs étudiés. Comme on peut le remarquer sur cette courbe (A), le débit de la phase liquide, au travers de la toile de filtration et transitant par l'intérieur du secteur est plus important au début de l'étape de filtration 0( F qu'à la fin, en raison de l'inexistence -ou de la faible épaisseur de la phase solide sur la toile au début de cette étape et de son épaisseur maximale à. la fin. De menie, on peut remarquer que durant l'étape d'essorage 0 o0 l'intérieur du secteur est d6barrassé de la phase liquide qui le traversait. Se!on le secteur de l'art antérieur ayant un volume interne de 19,63 litres (repère B), on a pu constater que le volume interne de ce secteur n'é6tait jamais rempli totalement de la phase liquide qui le traverse et que selon la figure 4 le début de l'évacuatiron de cette phase liquide commence à se faire quand ledit secteur a déjà embrassé un angle " d'environ 172,5" par rapport à sa position de départ (pour laquelle f est égale à 7,5'). La figure 4 associée à la figure 3 illustre bien le début de l'évacuation de la phase liquide. En effet, si l'on considère la position (30) de départ d'un secteur venant d'être immergé par rapport au niveau DD' de la suspension dans l'auge (37) (correspondant à une immersion de 50 % de l'arbre d'entraînement (32)", cette position (30) correspond à ủn angle qui est bien égal à 7,5', quand le disque (32) est constitué, par exemple, de 24 secteurs ayant un angle au sommet de 15 . Quand le secteur (30) vient en position (33), il a déjà embrassé un angle de 172,5 par rapport à sa position de départ et l'angle Y mesuré dans le sens de la rotation du disque (32) est alors de 180 . Au-delà de d !80 , le secteur occupe la position (34) correspondant à l'essorage d'angle E. Puis, dans la position (35), il pénètre dans la zone de soufflage correspondant à l'angle oh s, au cours duquel le gâteau déposé sur les faces du secteur est dévié par les déflecteurs (36). Enfin, le secteur (351 entre dans une zone non productive. représentée par l'angle 0( M. Selon la figure 3, depuis l'angle Y - 7,5' pour lequel commence l'étape de fi!ration o ' 180 et donnant la droite des débits cumulés B2. Ainsi, ii apparatt que l'évacuation de la phase liquide transitant dans le secteur risque de se prolonger jusqu'à Y = 350 , recouvrant ainsi la totalité de l'étape 0O E d'essorage et interceptant l'étape de soufflage 0 réhumectage sur toile de la phase solide essorée. Selon un secteur (C) de l'invention pour lequel e = O, et de volume interne o 7,85 litres; on a pu constater que le secteur commençait à se remplir en début de l'étape de filtration pour ' 7,5 et que suivant la courbe des débits cumulés (A), fl était entièrement rempli pour = 47,5 . La figure 5 montre qu'un tel secteur entièrement rempli de phase aqueuse commence à déverser par gravité cette phase dans l'arbre quant il atteint la position (33) pour !'angle /- 172,5 alors qu'il commencçait à se remplir comme dans l'art antérieur et selon la position dans le collecteur d'arbre (40). Selon la figure 3, à partir de la position correspondant à l'angle Y= 172, 5 , le secteur se vidange de la phase liquide selon un débit cumulé illustré par la droite C1 de pente proche de la pente de la droite B1. A ce débit cumulé doit être ajoutés d'une part le débit correspondant à la fin de la filtration pour 172,5 débutant pour l'angle ' 180' et donnant la droite des débits cumulés C2. Ainsi, on a pu constater que l'évacuation de la phase liquide transitant dans le secteur s'achève pour la valeur de l'angle Y 270', c'est-à-dire bien avant que débute l'étape de soufflage c( S. Dès lors que le secteur selon l'invention est vidangé de toute la phase liquide pour l'angle y -. 270', il est constaté que la phase liquide encore présente dans le collecteur est évacuée avant que commence l'étape de soufflage augmentant l'efficacité du soufflage et évitant le réhumectage de la phase solide sur la toile de filtration. La comparaison entre les secteurs de l'art antérieur (B) et de l'invention (C) montre que la phase liquide transitant par ce secteur est évacuée dans larbre - pour l'art antérieur, des positions Y i80' à / 330', représentant un temps d'évacuation compris entre 10 et 18,3 secondes, c'est-à-dire l'évacuation de 13,88 litres en 8,3 secondes. - pour l'invention, des positions n = 47,5 à 270 , représentant un temps d'évacuation compris entre 2,6 et 15 secondes c'est-à-dire l'évacuation de 13,88 litres en 12,4 secondes. Selon un secteur (D) de l'invention, pour lequel e = e/10, et de volume o interne 9,81 litres, on a pu également constater que le secteur commencçait à se remplir en début de l'étape de filtration pour Y =7,5' et que suivant la courbe des débits cumulés (A), il était entièrement rempli pour Y - 77,5'. La figure 5 montre qu'un tel secteur, entièrement rempli de phase aqueuse, commence à déverser par gravité cette phase dans l'arbre quand il atteint la position (33) pour:'angle Y 172,5, alors qu'il commençait à se remplir comme dans l'art antérieur et selon la position (30) pour l'angle d- 7,5. En fait, ce secteur était déJà plei.n quand il occupait la position (39) correspondant à l'angle Y 77,5 ., c'est-à-dire que l'excédent de phase liquide s'écoulait déjà à ce moment dans le collecteur d'arbre. il Selon la figure 3 à partir de la position correspondant à l'angle 172, 5 , le secteur se vidange de la phase liquide, selon un débit cumulé illustré par la droite DI de pente proche de la pente de la droite C1. A ce débit cumulé D1 doit être ajouté le débit de la phase liquide d'essorage débutant pour l'angle B 180- et donnant la droite des débits cumulés D2. Ainsi, on a pu constater que l'évacuation de la phase liquide transitant dans le secteur s'achève pour la valeur de l'angle 290 . c'està-dire avant que hut'e l'étape de soufflage 0( S. Dès lors que le secteur selon l'invention est vidangé de toute la phase liquide pour l'angle Y -290', il est constaté que la phase liquide encore présente. dans le collecteur est évacuée avant que commence l'étape de soufflage augmentant l'efficacité du soufflage et évitant le réhumectage de la phase solide sur la toile de filtration. Ainsi, la comparaison entre 'es secteurs de l'art antérieur (B) et de l'invention (D) montre que la phase liquide transitant par le secteur est évacuée dans l'arbre - pour l'art antérieur, des positions 180 -à 330', représentant un temps d'évacuation compris entre 10 secondes et 18,3 secondes, c'est-à-dire l'évacuation de 13,88 litres en 8,3 secondes. - pour l'invention, des positions g 77,5 à B- 2900 représentant un temps d'évacuation compris entre 4,3 et 16,11 secondes c'est-à-dire l'évacuation de 9,81 litres en 11,81 secondes. Dès lors, il apparait peu de différence entre les temps d'évacuation entre les secteurs (C) et (D) de l'invention, tout en remarquant cependant que la fin de - la vidange du secteur (D) se trouve plus près du soufflage co S que le secteur (C), entraînant ainsi une diminution du temps d'évacuation des collecteurs. REVENDICATIONS 1. Secteur de filtration en vue de constituer un disque de filtration comprenant une armature rigide lui donnant forme, des supports de toile de filtration à l'intérieur de l'armature et une pièce de raccordement à un arbre creux d'entraînement (2) d'un filtre rotatif, ledit arbre contenant des collecteurs de fluides liquide et gazeux, caractérisé en ce que ledit secteur est d'épaisseur interne croissanie de son extrémté péripr'que (1A) su son extrémité (!5) au voisinage de l'arbre creux dtentrarnement (2). 2. Secteur de filtration en vue de constituer un disque d'un filtre rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur interne e du secteur à sa o périphérie est nulle. 3. Secteur de filtration en vue de constituer un disque d'un filtre rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur e0 de la périphérie répond à l'inégalité: O l'extrémité au voisinage de l'arbre d'entraînement (2). 4. Secteur de filtration en vue de constituer un disque d'un filtre rotatif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'épaisseur e répond préférentiellement à!'inégalité 0O