Brevet FR2594047A1 — publié le 19870814

TURFINE A BARREAUX, NOTAMMENT POUR LE CONDITIONNEMENT ET LA FLOTTATION DE MINERAIS. L'invention est relative à une installation de mélange de matériaux solides et liquides, notammentde flottation et/ou de conditionnement de minerai-s par voie humide comprenant un bac qui contient le mélange à traiter, notamment de minerais broyés, d'eau et de réactifs formant la pulpe, et une turbine entra9nêe en rotation pour agiter le mélange contenu dans le bac La flottation est un procédé de valorisation des minerais par voie humide, qui consiste, après un broyage et une classification à la maille de libération, à séparcr le minerai valorisable de sa gangue. Schématiquement, la concentration du minerai valorisable se fait en trois étapes a) aroyage et classification par voie humide du minerai brut donnant un mélange de minerai, de gangue et d'eau, appelé pulpe, à une concentration de solides adéquate. b) Conditionnement de cette pulpe dans un bac agité avec les réactifs nécessaires à la séparation du minerai et de la gangue par flottation. c) Passage en continu de La pulpe conditionnée dans des cellules de flottation, équipées de turbines. Le conditionnement est essentiellement destiné à mettre en contact le plus rapidement et le plus complètement possible les réactifs avec les grains de minerai à valoriser et également les grains de gangue à éliminer. Pour les grains à valoriser, il s'agit généralement de les rendre hydrophobes, alors que pour la gangue il s'agit au contraire de la rendre hydrophile, afin de mieux la séparer du minerai. Il est également destiné à disperser le plus finement possible le moussant destiné à former les bulles d'air qui sont les véhicules d'extraction du minerai dans le procédé de flottation. Les turbines des cellules de flottation servent à maintenir la pulpe en suspension, afin de permettre son écoulement continu d'un bout à l'autre du circuit de traitement et à former les bulles d'air qui, en montant à la surface, vont collecter les grains de minerais hydrophobes pour former un lit de mousses que l'on récupère, alors que la pulpe résiduelle continue son périple jusqu'en fin de circuit pour être rejetée, après épuisement, comme stérile. Les temps de conditionnement et de flottation nécessaires sont variables suivant les minerais à traiter et ils sont déterminés par essais de laboratoire. Pour un même minerai, les temps de conditionnement et de flottation necessaires dépendent, pour une large part, de l'efficacité de la turbine qui équipe et le conditionneur et les cellules de flottation. Il en est de même pour les quantités de réactifs nécessaires à la récupération optimale du minerai valorisable. Les turbines connues à ailettes ou à barreaux ne présentent pas des rendements optimaux et la présente invention a pour but de permettre la réalisation d'une turbine à barreaux réalisant une récupération optimale avec le minimum de consommation d'énergie et le minimum de consommation de réactifs. L'installation selon l'invention est caractérisée en ce que la turbine à arbre vertical porte une pluralité de barreaux, qui s'étendent radialement à partir de l'arbre vertical dans différents plans horizontaux superposés, les barreaux dans un même plan ayant alternat vement des longueurs différentes pour engendrer des vitesses différentielles et fractionner le mélange en de minces filets liquides. Pour bénéficier totalement de l'efficacité de cette turbine dans les cellules de flottation il est utile que le conditionnement préalable de la pulpe soit fait avec le même type de turbine. La turbine selon l'invention réalise une diffusion rapide et complète des réactifs dans la pulpe au conditionnement et une diffusion très fine d'une grande quantité d'air par unité de volume et de temps durant la séparation par flottation. Ces deux fonctions sont assurées par une agitation fractionnant la pulpe en filets liquides les plus petits possibles tout en maintenant les grains en suspension pour assurer son écoulement sans sédimentation.Une turbine avec quatre rangées de barreaux dans le sens vertical, avec huit barreaux par rangée dont quatre longs et quatre courts à 450 l'un de l'autre et décalés également de 45" entre longs et courts à chaque rangée verticale, a donné, lors des essais de mise au point en vraie grandeur industrielle, les meilleurs résultats, mais il est clair que des dispositions similaires sont utilisables. Par rapport aux différents agitateurs connus et testés comparativement dans un bac de 1200 l, dimension industrielle, la turbine à barreaux selon l'invention a permis de constater une économie d'énergie par agitateur comprise entre 30 et 40% et une réduction de la consommation de réactifs, variable suivant les minerais traités, avec un minimum de 30 x et un maximum pouvant atteindre 80 % pour certains vinerais métalliques avec une amélioration de la récupération comprise entre 5 et 15 %, suivant les minerais, tout en améliorant la qualité du concentré obtenu du fait d'une plus grande sélectivité dans l'opération de séparation par flottation La turbine à barreaux selon l'invention fonctionne avantageusement à aération forcée, son arbre support et d'entrarne- ment étant donc un arbre creux qui permet l'arrivée de l'air surpressé dans le moyeu de la turbine. Un joint tournant d'alimentation est disposé en bout d'arbre du côté de la poulie d'entraînement. Dans une cellule de 1200 litres, la turbine à aération forcée permet une fine dispersion de 2 m3 d'air par minute sans bouillonnement de surface. Selon un perfectionnement et contrairement aux autres turbines de flottation à aération forcée, la turbine selon l'invention fonctionne sans diffuseur. Une grille fixe en fer plat placée au-dessus de la turbine suffit à éliminer le phénomène de vortex. On a ainsi un minimum de pièces d'usure en contact avec la pulpe et donc un moindre coût par rapport aux autres systèmes turbine-diffuseur. La turbine selon l'invention est de construction mécanoassemblée, revêtue de caoutchouc résistant à l'usure. Lorsque des réactifs incompatibles avec le caoutchouc sont utilisés pour la flottation, les turbines peuvent être en fonte Ni-Hard présentant une haute résistance à l'usure. A titre d'exemple le rapport du volume du bac au volume en gendré par la turbine peut être égal à 32 oour un bac de 1200 l et la vitesse de rotation de 275 t/min., soit une vitesse périphérique de l'ordre de 6,33 m/sec pour le bout des barreaux les plus longs de 160 mm. Ces différents paramètres doivent en principe être suffisants pour définir les dimensions de la turbine pour l'adapter à un bac de flottation dont le volume est compris entre 400 litres et plusieurs m . Utilisée en conditionneur, la turbine peut fonctionner sans alimentation d'air, mais une aération peut, dans certains cas, s'avérer bénéfique lors du condi ti onrnement. La turbine selon l'invention peut être facilement placée dans les bacs de flottation existants sur le marché. On peut donc, par simple adaptation de l'ensemble arbre plus turbine, au conditionneur ou dans les machines de flottation, profiter des avantages de celle-ci sans modifier toute I'installation. L'adaptation de la grille statique au-dessus de la turbine est une opération simple et peu onéreuse. La consommation d'une turbine de flottation selon l'invention d'un diamètre de 440 mm dans un Hac de 1200 litres, avec aération normale, est de l'ordre de 7 Kh. Les barreaux peuvent être droits ou courbés dans le sens opposé à la rotation pour réduire leur usure. Les barreaux droits conviennent pour le traitement de pulpes peu abrasives et les barreaux courbes sont plus indiqués pour les pulpes abrasives. Les barreaux, droits ou courbes, peuvent être creux afin de permettre une sortie d'air en bout de ceux-ci et améliorer l'aération. Des trous peuvent également être faits suivant une génératrice de chaque barreau, opposée au bord d'attaque, pour permettre une sortie d'air en bout et le long de celui-ci. Les barreaux ont une section ronde ou analogue, engendrant une cavitation lors de la rotation et un décollement des filets fluides et l'écartement entre les rangées successives est suffisant pour éviter tout entrainement en bloc du mélange. La turbine à barreaux selon l'invention peut être avantageusement utilisée dans toutes les opérations de mélanges, avec ou sans air. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en ouvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en élevation et en coupe de deux cellules de flottation selon l'invention; - la figure 2 est une vue de côté, en coupe des cellules selon la fig. 1; - les figures 3 et 4 sont des vues à échelle agrandie, respectivement en élévation et en plan de la turbine selon la fig. 1; - la figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la fig. 4; - la figure 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 3; - les figures 7 et 8 sont des vues analogues aux fig. 3 et 4, illustrant une variante de réalisation. Sur les figures, des cellules de flottation 10, en forme de bacs 12, remplis de pulpes à traiter, communiquent par leurs bases par des orifices 13 d'écoulement de la pulpe résiduelle. Chaque cellule 10 comporte à sa partie supérieure un déversoir 14 de récupération du lit de mousses. Dans la partie in férieure de chaque bac 10 est disposée une turbine 16 à arbre vertical 15, portant à son extrémité externe au bac une poulie 20, qui est entraînée en rotation par un moteur 22 au moyen d'une courroie 24. Le moteur 22 peut être commun à plusieurs cellules 10, seules deux étant représentées sur la figure 1. Au-dessus de la turbine 16 est fixée une grille 26 qui s'étend horizontalement entre les parois latérales du bac 10, auxquelles elle est fixée. La grille 26 est constituée de fers plats de 100 par 5 mm, placés en hauteur à la maille de 100 par 100 mm.La grille 26 n'entrave pas la circulation de la pulpe à l'intérieur du bac, mais elle évite un entraîne- ment en rotation en bloc de la pulpe par la turbine 16. En se référant plus particulièrement aux figures 3 à 6, on voit que la turbine 16 porte des barreaux L, C répartis sur quatre rangées I, II, III, IV, superposées, chaque rangée s'étendant dans un plan horizontal et comportant quatre barreaux longs L1, L2, l3, L4 et quatre barreaux courts C1, C2, C3, C41 régulièrement répartis autour de l'arbre 18 suivant des rayons. Les barreaux L, C qui forment entre eux des angles de 5 , sont alternés, un barreau court C suivant un barreau long L et ainsi de suite. Un décalage analogue de 22,50 est prévu d'une rangée à l'autre pour engendrer des vitesses différentielles d'un barreau à l'autre et d'une rangée à l'autre.Les barreaux L, C sont de section circulaire, par exemple d'un diamètre voisin de 25 mm, mais d'autres sections et diamètres sont utilisables, le profil des barreaux L, C étant néanmoins choisi pour créer des décollements des filets fluides et une cavitation favorisant le mélange. L'écartement entre les rangées I, II, III, IV est suffisant pour éviter un entrainement en bloc de la pulpe, un espace ment d'environ 120 mm ayant donné de bons résultats. L'arbre 18 de la turbine 16 est creux pour constituer un conduit 30 de passage d'air comprimé, introduit par l'extré- mité supérieure 28 de l'arbre 18 et s'échappant par des ori fices radiaux 32, prévus à la partie inférieure de l'arbre 18 au niveau des rangées III, IV les plus basses de la tur bine 16. Selon une variante de réalisation (non représentée) tous ou certains des barreaux L, C sont également creux avec des orifices d'échappement de l'air le long de la génératrice arrière par rapport au sens de rotation. La rotation de la turbine 16 assure un fractionnement de la pulpe en filets liquides et une diffusion très fine de l'air favorisant la séparation par flottation. L'absence de diffu seur réduit la résistance å la rotation de la turbine 16 en permettant une économie d'énergie notable. Les figures 7 et 8 illustrent une variante de réalisation de la turbine 16, à barreaux L, C incurvés vers l'arrière par rapport au sens de rotation indiqué par la flèche. Cette forme particulière limite l'usure des barreaux L, C et con vient au traitement de pulpes abrasives. La même turbine 16 avec la grille 26 est avantageusement uti lisée oour le conditionnement de la pulpe dans un bac analogue à celui des cellules de flottation représentées aux figures 1 et 2. La subdivision en minces filets fluides favorise la mise en contact des réactifs et des grains en permettant un accroissement du débit avec une diminution de l'énergie con sommée. La turbine 16 peut entre utilisée sans insufflation d'air et elle est applicable à d'autres domaines nécessitant une agitation ou un mélange de liquides chargés de matériaux solides. L'invention est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus- particulièrement décrits, mais elle s'étend à des variantes, notamment à celle dans laquelle la turbine comporterait de plus des barreaux de longueur intermédiaire ou un nombre de rangées différent. REVENDiCATIOt'S 1. Installation de mélange de matériaux solides et liquides, notamment de flottation et/ou de conditionnement de minerais par voie humide comprenant un bac (10) qui contient le mélange à traiter, notamment de minerais broyés, d'eau et de réactifs formant la pulpe, et une turbine (16) entraînée en rotation pour agiter le mélange contenu dans le bac, caractériséeen ce que la turbine (16) à arbre (18) vertical porte une pluralité de barreaux (L, C > , qui s'étendent radialement à partir de l'arbre vertical (18) dans différents plans (I, II, III, IV) horizontaux superposés, les barreaux dans un même plan ayant alternativement des longueurs différentes pour engendrer des vitesses différentielles et fractionner le mélange en de minces filets liquides. 2. Installation selon la revendication 1, comprenant des cellules de conditionnement de ladite pulpe et des cellules de flottation pour extraire le minerai par flottation, caractériséeen ce que les cellules de flottation et les cellules de conditionnement sont équipées avec le même type de turbine (16), démunie de diffuseur. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la turbine (16) comporte des barreaux courts (C) et des barreaux longs (L), les barreaux (L, C) dans un même plan formant une rangée (I, Il, III, IV) de barreaux répartis à espacement angulaire régulier autour de l'axe (1S) de la turbine (16) avec une alternance de barreaux long et court. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la turbine (16) comporte huit barreaux par rangée, quatre courts (C) et quatre longs (L), espacés angulairement de 450, un barreau long (L) suivant un barreau court (C). 5. Installation selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la turbine (16) comporte plusieurs rangées de barreaux (L, C) avec un décalage angulaire d'une rangée à l'autre, l'angle de décalage étant une fraction de l'angle formé par deux barreaux successifs (L, C). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la turbine (16) comporte quatre rangées superposées (I, II, III, IV), l'angle de décalage d'une rangée à l'autre étant de 22,5 . 7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section des barreaux (L, C), notamment ronde, est agencée pour engendrer un effet de cavitation et de décollement des filets fluides. S. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les barreaux (L, C) sont courbes en direction opposée au sens de rotation de la turbine (16) pour réduire leur usure. 9. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une grille fixe (26) disposée dans le bac (10) au-dessus de la dernière rangée de barreaux (L, C). 10. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la turbine (16) comprend un arbre creux (18) et des orifices (32) d'échappement dans la partie inférieure de l'arbre et/ou dans des barreaux creux (L, C) pour le passage d'air sous pression et l'insufflation d'air dans le mélange.