Brevet FR2573994A1 — publié le 19860606

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 perfectionnement applicable à des concentrateurs de types divers, à fonctionnement continu ou non. Il 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 suspensoldes, on peut déshydrater le bain en récupérant, au niveau de l'anode, une pâte concentrée de matière solide alors que l'eau est accumulée à la cathode. Ce phénomène a été exploité dans de nombreux domaines techniques, parmi lesquels la préparation de pâtes céramiques, la confection de pièces en forme à partir de barbotines, etc. On connait en particulier des concentrateurs par electrophore- se en continu du type dont l'anode présente la forme d'un tambour, d'un tapis roulant, ou encore d'un disque. Cependant, lors de la concentration en gâteau des particules solides sur ladite anode, on constate la formation, entre ledit gâteau et l'anode, de micro-bulles gazeuses dues à l'électrolyse de l'eau au contact de l'anode. Ces micro-bulles se dispersent dans le gâteau pour ainsi compromettre les qualités de compacité et de solidité de celui-ci. En outre, le mouvement de ces bulles tend à agiter la structure interne du gâteau, pour ainsi diminuer la qualité de l'épuration de celui-ci. Un autre inconvénient de ce type de traitement par electropho- rèse réside dans le fait que les particules métalliques du gâteau ou concentrat, qui sont adjacentes à l'anode, tendent à s'oxyder au contact de celle-ci pour ainsi conduire à une coloration désavantageuse ou brûlage de la couche superficielle du gâteau. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients précités et de proposer un perfectionnement aux installations conventionnelles d'électrophorèse permettant de supprimer, ou au moins d'atténuer sensiblement les défauts précités du gâteau obtenu. Plus spécifiquement, l'invention vise à permettre aux micro-bulles d1air#sus-mentionnés, créées entre le gâteau et l'anode, de ne pas pénétrer dans ce gâteau et d'être évacuées de la région dans laquelle elles prennent naissance. Un autre objet est d'éviter que la couche de gâteau superficielle adjacente à l'électrode ne vienne en contact direct avec celle-ci afin d'eviter le phenonlene de brûlage envisagé plus haut. A cet effet la présente invention concerne un appareil de concentration de solides en dispersion dans un liquide, du type selon lequel on soumet la dispersion à un champ electrique entre une première électrode fixe et une seconde électrode mobile dans la région de laquelle les particules solides de la dispersion tendent à se concentrer en un gâteau, caractérisé en ce qu'il comporte, sensiblement sur la surface de ladite seconde électrode, une membrane mouillable en un matériau électriquement isolant,agencée pour se déplacer avec la seconde électrode ainsi que des moyens pour extraire de la dl;#per#ton ladite membrane afin de soumettre cette dernière à un traitement de recyclage. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, les moyens pour extraire la membrane de la dispersion sont également utilises pour extraire le gâteau de particules solides concentrées forme sur celle-ci. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de l'invention donnée à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé, sur lequel la figure unique est une vue de côte en coupe schématique d'un appareil de concentration par électrophorèse équipé du perfectionnement selon la présente invention. En référence au dessin, un appareil pour la concentration par eiectrophsrèse de particules solides en dispersion dans un véhicule liquide comprend schématiquement : un bâti 10 qui supporte une première électrode fixe, à savoir une cathode 12 en un métal approprié dont la section transversale présente la forme d'une portion de cercle. Au dessous de la cathode 12 est disposée une cuve 14 pour la réception de la partie liquide de la dispersion, constituée principalement d'eau, comme on le verra par la suite. Une ouverture de vidange 16 est en outre prévue au fond de la cuve de réception 14. A l'intérieur de la cathode 12 est montée, coaxiale avec elle, une anode 18 présentant la forme d'un tambour métallique plein. Des moyens d'entraînement motorisés conventionnels (non représentés) sont prévus pour entraîner le tambour à une vitesse de rotation appropriée au traitement d'électrophorèse. L'espaae sensiblement circulaire défini entre l'anode 18 et la cathode 12 constitue la région dans laquelle a lieu le processus d'électrophorèse ; il est alimenté en dispersion solides/liquides à traiter par des moyens appropriés (non représentés) tels que tuyaux, déversoir, etc., selon la flèche 19 du dessin. Bien entendu, et de façon conventionnelle, la cathode 12 et l'anode 18 sont respectivement raccordées aux bornes négative et positive d'un générateur de courant continu ou puisé 21 d'une puissance de sortie appropriée. L'appareil comporte en outre une membrane sans fin 20 qui s'étend autour de la majeure partie de la périphérie extérieure de l'anode 18, puis horizontalement et tangentiellement à la pàrtie superieure de l'anode vers un premier rouleau de renvoi 22 puis autour d'un second rouleau de renvoi 24 de manière à suivre un trajet d'aller-retour vertical dans une unité de traitement, globalement indiquée en 26.Deux autres rouleaux 28, 30 permettent à la membrane sans fin 20 d'être ramenée en contact avec la périphérie extérieur de l'anode en tambour 18, à proximite de l'endroit ou elle l'a initialement quitté La tension de la membrane sans fin 20 sera déterminée de manière que son contact avec frottement sur la surface extérieure du tambour 18 soit suffisant pour que la rotation sus-mentionnée de ce dernier entraine la membrane le long de son trajet en boucle tel que défini ci-dessus. L'unité de traitement 26 comprend une unité de lavage, schematiquement indiquée en 32, qui inclut par exemple des jets d'eau de rinçage dirigés vers la membrane 20 dans sa course descendante, et une unité de séchage 34 comportant par exemple des moyens de soufflage d'air dirigés vers la membrane 20 dans sa course remontante. La membrane sans fin 20 est constituée d'un matériau mince, tissé ou non, naturel ou synthétique, dont les caractéristiques principales pour le bon fonctionnement de l'appareil sont d'être mouillable et électriquement isolant. Une membrane préférée pour la présente application consiste en une simple toile en matériau natuXl tissé, d'une solidite appropriée pour que l'entraînement par le tambour tel que mentionné plus haut puisse être réalisé sans risque de rupture. Le fonctionnement de l'appareil décrit schématiquement ci-des-- sus est le suivant Une boue ou "slurry" à traiter est introduite dans la zone de traitement sus-mentionnée selon la flèche 19, en une quantité telle que les surfaces de la cathode 12 et de l'anode 18 en contact avec la boue soient maximales.L'anode en tambour 18 est#entra~née en rotation à une vitesse appropriée et, selon le principe de l'électrophorèse explique plus haut, les particules ionisables contenues dans la boue vont être soumises au champ électrique qui règne dans ladite zone de traitement, de manière que les particules solides -dans le présent exemple- viennent se concentrer dans la région de l'anode, par dessus la membrane 20 qui l'entoure, et que les particules liquides (principalement de l'eau) se dirigent vers la cathode 12, pour être évacuées et rejetees par l'ouverture 16. Il se forme donc a la surface libre de la membrane 20 une couche ou gâteau 36 de matières solides concentrées. Comme le montre la figure, le gâteau est évacué de l'appareil en étant entrains le long de la course horizontale de la membrane 20 vers le rouleau de renvoi 22, et il peut être récupéré de façon appropriée au niveau dudit rouleau 22; Comme on l'a mentionné plus haut, la membrane 20 a pour objet notamment d'améliorer la qualité du concentrat obtenu. En particulier, il s'est avéré qu'en prévoyant dans un tel appareil concentrateur une membrane ayant les caracteristiques mentionnees ci-dessus, les microbulles qui naissaient conventionnellement à la surface de l'anode, et dues en particulier à l'électrolyse de la faible proportion d'eau restant dans le #gâteau au contact de ladite anode, restaient emprisonnées dans ladite membrane, du fait de la structure tissée ou analogue de celle-ci.Ainsi, les micro-bulles formées ne pénètrent pas dans le gâteau, ce qui a pour conséquences avantageuses une plus grande solidité et homogénéité de celui-ci. De plus, ces bulles gazeuses ne sont plus à même de venir perturber la boue traitée en agitant celle-ci et l'on parvient de la sorte un meilleur degré d'épuration du produit dec:départ Il s'est avéré en outre que, grâce à la présence de la membrane 20, les particules métalliques ne pouvaient pas venir en contact avec la surface de ladite anode 18 pour s'y oxyder, comme c'état le cas dans les appareils de l'art antérieur.Il faut noter à cet égard que, même si certaines particules métalliques peuvent traverser la membrane pour atteindre l'anode, l'oxyde métallique formé restera emprisonné dans la membrane pour ainsi Gviter de polluer la pellicule surfacique du gâteau, adjacente à la membrane. Ainsi tous les éléments naissant a l'interface anode-gâteau et susceptibles de polluer le gâteau et/ou d'en atténuer les qua,lliMtes sont évacués du bain par la membrane 20 et sont éliminés dans l'unité de lavage et de séchage mentionnée plus haut. Après recyclage, la mem brane propre et épurée est ramenée vers le tambour formant anode 18 pour, à nouveau, efficacement participer à l'amélioration du traitement. On rappelera ici que la membrane 20 doit être électriquement isolante, afin d'éviter de reporter à l'interface gâteau/membrane les phénomènes usuels apparaissant à l'interface gâteau/anode. En outre, elle devra d'une certaine manière être "ajourée" (tissée, etc.) de ma nière à laisser passer les fluides et ne pas faire obstacle au processus d'électrophorese. L'utilisation d'une membrane de la manière décrite permet en outre d'apporter les avantages suivants : augmentation de l'extrait sec du gâteau, épuisement quasi-total du milieu liquide, augmentation du rendement matière sèche récupérée/énergie électrique fournie. Exemple de realisation Pour mettre en valeur les avantages- ci-dessus, on a comparé, dans des conditions de départ identiques, les performances de traitement tout d'abord dans un appareil sans membrane (expérience 1), puis en équipant le même appareil d'une membrane 20 selon l'invention en toile de coton (expérience 2). A cet effet, on a introduit dans la zone de traitement d'un ap -pareil tel que décrit : 270 g de slurry de craie 65 % d'extrait sec contenant 0,4 % d'agent dispersant par rapport à la quantité de craie. La tension appliquée aux électrodes était de 36 V. L'espacement entre les électrodes était de 8 mm. Le traitement a été effectué pendant 90 secondes à la température de 25 C. Les électrodes étaient en zinc et avaient toutes deux une surface de 200 cm2 Les résultats comparatifs sont donnés dans le tableau 1 ciaprès. TABLE#U 1 EXPERIENCE 1 EXPERIENCE 2 énergie consommée 18000 joules 18000 joules Récupération degateau 207 g(humide) 212gehumlde) Extrait sec du gâteau 74, g 76, 2 X Densité du liquide surnageant 1,18 1,02 Extrait sec du liquide surnageant 24 % 1, 2 % Poids de secSheurelm2 310 kg 323 kg Consistance du gateau assez mou très compact bulles nombreuses absentes séparation du gâteau difficile très facile couleur du gâteau ocre sur la 6ur- pas de coloration face en contact avec l'anode. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée a la forme de réalisation décrite. En particulier, elle s'applique à tout appareil concentrateur de dispersions du tgpe selon lequel une électrode mobile récupère sur sa surface une couche de gateau, et en particulier aux appareils du type à électrode en forme de tapis roulant, en forme de disque, ainsi qu'aux appareils du type d bougies". La membrane telle que préconisée pourra également être prévue sur la cathode, principalement pour éviter la formation de bulles. notons en outre que, si l'on a envisagé tout au long de la description une hypothèse selon laquelle c'est sur l'anode que s 'accumulent les particules solides, l'invention s'applique bien entendu également aux traitements d'électrophorèse dans lesquels le" matières solides sont polarisées positivement et s'accumulent sur la cathode. R E V E N D i C A T i O N S 1. Appareil de concentration par électrophorèse de solides en dispersion dans un liquide, du type selon lequel on soumet la disper-. sion à un champ electrique entre une première électrode fixe (12) et une seconde électrode mobile (18) dans la région de laquelle les particules solides de la dispersion tendent à se concentrer en un gâteau (36), caractérisé en ce qu'il comporte, sensiblement sur la surface de ladite seconde électrode, une membrane mouillable (20) en un matériau électriquement isolant, agencée pour se déplacer avec la seconde électrode ainsi que des moyens pour extraire de la dispersion ladite membrane afin de soumettre cette dernière à un traitement de recyclage. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour extraire la membrane de la dispersion sont également utilisés pour extraire le gâteau de particules solides concentrees formé sur celle-ci. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la membrane (20) consiste en un matériau naturel ou synthétique tissé. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, du type selon lequel la seconde électrode présente la forme d'un tambour métallique plein en rotation (18) partiellement entouré par la première électrode (12), caractérisé en ce que la membrane (20) présente la forme d'une membrane sans fin dont une partie du trajet s'étend partiellement autour de la périphérie dudit tambour. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, sur une autre partie dudit trajet de la membrane (20), des moyens de nettoyage de celle-ci (32, 34). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la membrane sans fin (20) est entraînée le long de son trajet grâce à la rotation du tambour (18) formant la seconde électrode. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le gâteau (36) est récupéré au niveau d'un rouleau de renvoi (22) présent sur le trajet de ladite membrane (2Q).