Brevet FR2609906A1 — publié le 19880729

PROCEDE ET DISPOSITIF DESTINES A LA SEPARATION DE PARTICULES DE MATIERES SOLIDES DANS DES BOUES D'HYDRATE D'ALUMINE L'objet de la présente invention vise un procédé et un dispositif destinés à la séparation des particules de matières solides se trouvant dans des boues d'hydrate d'alumine, notamment des grains d'hydrate d'alumine pro- venant du système à agitation du cycle de préparation de l'alumine. L'hydrate d'alumine portera ci-après simple- ment la désignation d'hydrate. Au cours du procédé Bayer continu, le plus fré- quemment utilisé dans la préparation d'alumine, la gra- nulométrle des grains d'hydrate se trouvant dans les boues d'hydrate provenant du système à agitation se si- tue entre O et 250 microns. Selon cette technique,. ces particules doivent étre séparées en deux parties. Les cristaux présentant la plus petite granulométrie sont recyclés dans la pé- riode subséquente en tant qu'inoculant ou substance de germination, o ils agissent alors en tant que centres de cristallisation. Les cristaux présentant de façon prépondérante un diamètre plus grand sont séparés par filtration en tant qu'hydrate du produit et calcines en- suite en alumine. Pour la séparation des boues d'hydrate, on con- nait de nombreux procédés et dispositifs. De façon pré- dominante, on met en oeuvre l'hydroséparateur dit & cône fort. Ce dispositif est un récipient cylindrique disposé verticalement, sur la partie inférieure duquel est rac- cordée une section conique. Sur le bord supérieur du ré- servoir est prévu un trop-plein et sur la partie infé- rieure une tubulure ou piquage de sortie de boue. Il est connu que, dans un fluide donné, la vi- tesse finale du mouvement descendant des grains consti- tués par une matière solide donnée dépend de la grosseur et de la forme de ces grains. C'est selon la vitesse fl- nale est inférieure ou supérieure à la vitesse du liqui- de à flux ascensionnel que le déplacement des grains est ascensionnel ou descendant. Les grains à mouvement as- censionnel parviennent dans le trop-plein, tandis que les grains à mouvement descendant parviennent dans la partie inférieure conique du récipient. En cours de fonctionnement, la boue fraiche & séparer passe à travers la conduite d'admission pour parvenir dans le récipient et s'écoule vers le bas. Etant donné toutefois que la capacité de passage de la tubulure de sortie des boues est inférieure à celle de la conduite d'admission, une partie du liquide reflue vers le haut en direction du trop-plein. De cette maniè- re, les particules plus grosses se déposent dans la par- tie conique du récipient et sortent par la tubulure de sortie des boues, les petites particules parviennent avec le liquide à flux ascensionnel dans le trop-plein et sortent ainsi du dispositif. Blen que l'hydroséparateur doive son utilisation répandue à de nombreux avantages, il comporte néanmoins plusieurs inconvénients fondamentaux. L'un des inconvénients majeurs réside dans son encombrement extrême. Un autre inconvénient est consti- tué par le fait qu'au cours de l'agitation, l'air absor- bé dans la boue - ce qui se produit inévitablement lors du remplissage, de l'agitation ou du pompage - entrave le processus de séparation par l'effet de flottation en raison des vitesses variables du flux de descente des grains. Cecl se manifeste en raison du fait que la ma- jeure partie des petites bulles d'air présentes dans la matière adhère sur les grains d'hydrate et par suite de la force de poussée verticale elle tend à se diriger vers la surface du séparateur, provoquant par conséquent à cet endroit un moussage intensif. De nombreuses tentatives ont été effectuées en vue de l'élimination de ce moussage. Certaines d'entre elles visaient à utiliser différents systèmes d'amenée. Il a ainsi été prévu à titre d'essai une tête d'amenée qui guide la matière dans le récipient selon un certain angle de torsion. Selon une autre variante, une conduite d'air circulaire a été incorporée pour empêcher le mous- sage. Cependant, toutes ces tentatives n'ont donné lieu à aucun résultat, c'est-à-dire qu'il n'a pas été possible d'éliminer du système les bulles perturbant le dépôt. Par conséquent, ces sytèmes n'ont pratiquement pas amélioré l'efficacité de la séparation ou, si tel a été le cas, seulement dans des proportions extrêmement minimes. Une solution a également été essayée (voir par exemple le brevet US n' 4 038 178), selon laquelle un agitateur est mis en oeuvre dans l'installation. Cette solution était dès le départ désavantageuse car,.indé- pendamment du fait qu'elle n'a pas apporté ses preuves dans l'élimination du moussage, elle comportait de plus des parties-mobiles, lesquelles, compte tenu de l'action agressive et abrasive de l'hydrate d'alumine, raccour- clssaient sensiblement la longévité de l'installation ou encore augmentaient les frais d'entretien. Face à l'insuccès des tentatives précitées, des essais ont été réalisés sur la base d'autres solutions. Au cours de ceux-ci, on a vérifié si à partir d'autres branches industrielles, comme par exemple le domaine de l'épuration des eaux usées, il était possible d'utiliser des installations de sédimentation ou de décantation connues (voir par exemple les brevets hongrois n' 163 295, 165 164 et 180 989, ainsi que le brevet GB n' 1 151 ) en tant que séparateur. Au cours des essais, il s'est toutefois avéré que ces systèmes étaient inaptes fonctlonnellement en tant qu'installations de sépara- tion, même à faible charge, en raison justement de l'air dispersé dans la boue. Un fait très important réside en-ce que l'effet de séparation de toutes les installations décrites ci- dessus n'est satisfaisant qu'avec une teneur en matières solides de 400-450 g/l c'est-à-dire que la boue d'hydra- te en question doit être fortement diluée, pour permet- tre de procéder à la séparation. Le but de la présente invention consiste par conséquent à mettre au point un procédé et un dispositif grâce auxquels les inconvénients précités puissent être évités et la séparation des grains se trouvant dans les boues d'hydrate s'effectue de façon efficace, c'est-à- dire que l'effet perturbateur des bulles d'air puisse être éliminé. Le but de l'invention consiste d'autre part à élaborer un procédé ou un dispositif à l'aide desquels la boue d'hydrate provenant de la préparation d'alumine et du procédé d'agitation puisse être séparée sans dilu- tion ou avec une très faible dilution et qu'ainsi la rentabilité de la production d'alumine s'en trouve ac- crue. L'objectif fixé est atteint selon l'invention, par le fait qu'au cours de la séparation, les grains d'hydrate étant séparés en fonction de leur grosseur par l'action de la gravité, les bulles d'air dispersées sont éliminées de la boue d'hydrate pendant une opération de séparation préliminaire, après laquelle on procède & une post-séparation. Au cours du processus, on introduit judicieuse- ment un liquide à contre-courant par rapport aux grains se déplaçant vers le bas dans la zone de séparation, de préférence de la lessive d'aluminate purifiée (libérée) des grains d'hydrate, provenant des filtres d'hydrate. Le dispositif selon l'invention contient, de fa- çon analogue aux hydroséparateurs, un récipient muni d'un fond conique, un dispositif d'amenée et une tubulu- re d'évacuation des boues ainsi qu'un trop-plein, la ou les tubulures d'amenée du système d'alimentation étant toutefois disposée(s) de façon excentrée par rapport à l'axe géométrique du récipient; en outre à chaque tubu- lure est raccordé un séparateur préliminaire constitué par un faisceau de tubes et/ou de tôles présentant une déclivité dans la direction de l'axe géométrique; sur la partie supérieure du séparateur préliminaire sont agencés des trop-pleins déflecteurs de mousse; sur leur extrémité inférieure est raccordée une enveloppe conduc- trice commune tronconique, coaxiale à l'axe géométrique du récipient de telle manière qu'entre son bord supé- rieur et l'enveloppe du récipient soit constituée une fente annulaire; et sous l'enveloppe directrice est agencé un cône de régulation convexe vers le haut, coa- xial à l'enveloppe conductrice, réglable verticalement. Dans la partie conique du récipient est agencé centriquement un élément d'amenée de liquide, à savoir de façon appropriée, une conduite circulaire munie d'alésages. Dans le dispositif, les tubulures d'entrée sont judicieusement raccordées à une tête de distributeur' central et conjointement avec la partie supérieure des séparateurs préliminaires agencées à l'extérieur de l'enveloppe du récipient cylindrique. Les faisceaux -de tubes et/ou de tôles utilisés dans les séparateurs préliminaires sont raccordés selon un angle de 30-80' par rapport & l'horizontale. L'invention se base sur la constatation que, dans ces faisceaux de tubes ou de t6les, lorsque ceux-ci sont assemblés avec l'hydroséparateur, par suite des forces agissant sur l'air dispersé et les grains d'hy- drate, le nombre d'impacts ou rebondissements augmente et, sous leur influence, l'air dispersé se sépare des grains d'hydrate adhérents. Dans le dispositif, la concentration de la boue s'écoulant du séparateur préliminaire augmente progres- slvement en raison de l'effet d'étranglement. La concen- tration s'écoulant est d'autant plus grande que la sec- tion de l'embouchure est petite. Pour cette raison, le dispositif selon l'invention comporte un c6ne de régula- tion réglable verticalement. Grâce à la solution conforme à l'invention, on peut par conséquent augmenter le rendement de la sépara- tion des grains d'hydrate dans des proportions sensi- bles, de telle manière que les grains et les bulles puissent être efficacement séparés à l'aide du procédé ou du dispositif. Les autres détails de l'invention vont être dé- crits sur la base d'un exemple de réalisation avec réfé- rence au dessin annexé sur lequel la figure unique mon- tre un mode de réalisation avantageux du dispositif se- lon l'invention, partiellement en coupe. Le dispositif représenté sur cette figure con- siste en un récipient 1, lequel comporte une section cy- lindrique 2 dans sa partie supérieure et un collecteur de boue conique dans sa partie inférieure. L'amenée de la boue d'hydrate s'effectue par un distributeur central 4. A partir de celui-ci, la boue arrive jusqu'& la tubu- lure d'entrée 5. Dans la solution précitée, les tubulu- res d'entrée 5 sont agencées le long de la périphérie du récipient 1 selon un pas régulier et raccordées aux sé- parateurs préliminaires 6. Les séparateurs préliminaires 6 comportent des faisceaux de tales ondulées qui sont raccordés selon un angle de 30-80 par rapport & l'hori- zontale. La partie supérieure des séparateurs prélimi- naires 6 est agencée à l'extérieure de l'enveloppe du récipient 1, sa partie inférieure fait saillie en direc- tion du collecteur de boue conique 3. L'enveloppe conductrice tronconique 7 est rac- cordée à la partie inférieure des séparateurs prélimi- naires 6. Cette enveloppe conductrice est agencée coa- xlalement à la section cylindrique 2 du récipient 1. Egalement coaxial à la section cylindrique 2 du réser- voir 1, le cône de régulation 8 réglable en hauteur est disposé sous l'enveloppe conductrice 7. A des fins de simplification, le dispositif de réglage n'a pas été re- présenté sur le dessin. Dans la partie supérieure interne du récipient 1 est formé le seuil de trop-plein 9 qui constitue en même temps également le bord du canal collecteur 10. Sur la partie de fond du canal collecteur 10 dans la paroi de la section cylindrique 2 du récipient 1 sont prévues des ouvertures de sortie de mousse 11. Celles-ci relient les espaces situés entre les tubulures d'entrée 5 et les sé- parateurs préliminaires 6 avec le canal collecteur 10. Le collecteur de boue conique 3 situé dans le fond du récipient 1 est muni d'une tubulure de sortie de boue 12. A cette tubulure est raccordée la vanne de ré- glage 13. Dans la partie supérieure du collecteur de boue conique 3 est prévue la conduite circulaire 14 servant & l'amenée du fluide, dans la partie supérieure de laquel- le sont pratiqués des alésages. Dans le dispositif représenté, entre les tubulu- res d'entrée 5 et le récipient 1 sont par conséquent disposés les séparateurs préliminaires 6 et ceux-ci sont reliés & l'intérieur du récipient 1 à une enveloppe con- ductrice 7, entre la surface extérieure de laquelle et la surface intérieure du récipient 1 est prévue une fen- te annulaire; De cette manière, entre l'enveloppe con- ductrice 7. et la paroi de la section cylindrique 2 du récipient 1 est formée une zone de post-séparation 15, laquelle accroit l'efficacité de la séparation.. La boue d'hydrate parvient par conséquent dans le dispositif par l'intermédiaire du distributeur cen- tral 4 via les tubulures d'entrée 5 disposées symétri- quement en cercle. Depuis les tubulures d'entrée 5, la boue descend dans les séparateurs préliminaires 6 et s'écoule ici entre les lamelles relativement lentement vers le bas, les bulles d'air s'échappant vers le haut. La mousse qui s'accumule au-dessus du séparateur préli- minaire 6 s'échappe dans le sens représenté par la flè- che en traits interrompus à travers l'ouverture de sor- tie de mousse 11 pour quitter le système. Une partie des gros grains se dépose aussitôt déjà dans les creux des lamelles en tôle ondulée et glisse vers le bas dans la zone définie par l'enveloppe conductrice 7 sous les sé- parateurs préliminaires 6. Les grains en suspension dans la boue s'écoulant du séparateur préliminaire 6 flottent dans la zone défi- nie par l'enveloppe conductrice 7, leur partie plus lourde descend dans le sens de la flèche A tandis que les grains plus légers remontent dans le sens de la flè- che B. Les grains plus lourds s'écoulent à travers l'ou- verture existant entre le cône de régulation 8 et l'en- veloppe conductrice 7 et de là ils continuent alors également & descendre dans le sens de la flèche A en di- rection du collecteur de boue conique 3. Les grains plus légers entrainés par les grains plus gros remontent si- multanément dans le sens de la flèche B, dans la zone de post-séparation 15 située entre l'enveloppe conductrice 7 et la paroi de la section cylindrique 2 du récipient 1. L'efficacité de la séparation s'effectuant dans la zone de post-séparation 15 peut être accrue par le fluide amené par la conduite tubulaire 14, en l'occur- rence de la lessive d'aluminate agitée en provenance des installations de filtres d'hydrate. Parml les grains à flux ascensionnel, les grains plus lourds retournent de nouveau dans la zone définie par l'enveloppe conductrice 7, tandis que les grains plus légers remontent et s'échappent par le canal col- lecteur 10 via le seuil de trop-plein 9. Les grains re- venant vers le bas passent de nouveau par l'embouchure et s'échappent alors en fonction de leur masse vers le haut ou vers le bas. La section de l'embouchure doit être ajustée de telle manière qu'entre la concentration sortant de l'em- bouchure et la concentration provenant du cône s'écou- lant du deuxième étage, une augmentation sensible de la concentration soit obtenue. Pour ce faire, on libère dans le deuxième étage une quantité d'eau-mère correspondant à l'augmentation de la concentration, laquelle produit alors un écoule- ment le long de l'enveloppe en direction du trop-plein. Cet écoulement, de répartition de vitesse uniforme et de faible est capable de séparer les petits grains de la boue et de les entrainer en direction du trop-plein. On va maintenant décrire les détails complémen- taires de l'invention à l'aide d'exemples d'exécution. Exeme 1 Dans le système d'amenée du dispositif selon l'invention, on a introduit une boue d'hydrate provenant de l'agitateur. La concentration en matières solides de la suspension était de 700 g/l, la phase liquide conte- nait 140 g/1 de Na20 et 70 g/l d'Al203 à-l'état dissous, la densité était de 1,24 kg/dm3 La répartition granulométrique des grains d'hy- drate en suspension dans la boue était la suivante: Supérieure à 45 microns 35 % Inférieure à 45 microns 65 % Dans le système d'amenée, on a constaté un mous- sage intensif, tandis que dans la zone de séparation on ne remarquait pratiquement aucun moussage. Par la con- duite circulaire disposée dans la zone de séparation, on a amené, en tant que filtrat des filtres d'hydrate du produit, une lessive d'aluminate, en une quantité de 0,02 m3 /m3 par rapport à la quantité de boue d'hydrate. La concentration en matières solides du prélè- vement du cône de la zone de post-séparation était de 950 g/l et l'analyse granulométrique a donné les résul- tats suivants: Supérieure à 45 microns 70 % Inférieure à 45 microns 30 % La. concentration en matières solides du trop- plein était de 590 g/l et la répartition granulométrique était la suivante: Supérieure à 45 microns 10,5 % Inférieure à 45 microns 89,5 % 69,6 % de la totalité de la boue introduite dans le système d'amenée s'est écoulé par le trop-plein de la zone de séparation, 30,4 % par la conduite du c6ne de sorte qu'à partir de cela on peut calculer que le trop- plein contenait 80,8 % des grains amenés d'une granulo- métrie inférieure à 45 microns, tandis que le prélève- ment du cône en revanche contenait 82,6 % des grains amenés d'une granulométrie supérieure à 45 microns. Exemple il De même, on a introduit dans le dispositif une boue d'hydrate présentant une concentration en matières solides de 379 g/l, provenant du système d'agitation. La phase liquide contenait 125 g/l de Na20 et 69 g/l d'AlO03 à l'état dissous, la densité étant de 1,23 kg/dm3. La répartition granulométrique de la boue amenée était la suivante: + 70 microns 39 % - 40 microns 27 % - 40 microns 34 % Dans le système d'amenée, on a constaté une im- portante formation de mousse, tandis que sur la surface de la zone de post-séparation, aucune trace de mousse n'était visible. Par la conduite circulaire agencée dans la zone de post-séparation, on a introduit l'eau de fil- trat provenant des filtres d'hydrate en une quantité de 0,15 m3/m3 La concentration en matières solides du prélè- vement du cône de la zone de post-séparation était de 739 g/l, la répartition granulométrique était la suivan- te: + 70 microns 55 % 70 - 40 microns 27 % - 40 microns 18 % La concentration en matières solides du trop- plein était de 276 g/l et l'analyse granulométrique a fourni les résultats suivants: + 70 microns 26 % - 40 microns 28. % - 40 microns.46 % A partir des exemples précités, il ressort net- tement que l'on peut obtenir selon l'invention une sépa- ration sensiblement meilleure que ce n'était jusqu'à présent le cas: au minimum 60 % des grains ayant des granulométries supérieures à 70 microns de la boue in- troduite dans l'installation s'écoule par la tubulure de sortie des boues et au minimum 70 % des grains présen- tant une granulométrie inférieure à 40 microns s'écoule par le seuil de trop-plein ou par le canal collecteur. De plus, la solution selon l'invention présente l'avantage de permettre la séparation sans dilution de la boue d'hydrate provenant de l'étape d'agitation. L'essentiel de la solution selon l'invention ré- side dans le fait que les bulles d'air dispersées dans la boue d'hydrate sont déjà éliminées dans la zone du * séparateur préliminaire et sont évacuées par le trop- plein du dispositif d'amenée et ainsi ne perturbent pas le procédé de séparation. Un avantage fondamental du dispositif selon l'invention réside dans le fait que, comparativement aux dispositifs connus jusqu'à présent, il présente un en- combrement sensiblement plus faible, ce qui revêt une importance capitale dans la construction des usines d'alumine aux performances toujours plus élevées. L'exploitation du dispositif est extrêmement simple et le rendement de la séparation peut être régulé de façon optimale gràce aux éléments de régulation im- plantés dans le système d'amenée et dans le système d'évacuation des boues. Blen que dans ce qui précède la solution confor- mément à l'invention n'ait été décrite qu'à l'aide de quelques exemples seulement, il demeure bien entendu que l'homme de l'art, sur la base des enseignements préci- tés, peut encore établir de nombreuses autres variantes tout en restant dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à la séparation de particules de matières solides dans les boues d'hydrate d'alumine provenant de l'opération d'agitation dans le procédé de production de l'alumine, au cours duquel les particules de matières solides sont séparées en fonction de leur grosseur par effet de gravité, caractérisé en ce que les bulles d'air dispersées sont éliminées de la boue d'hy- drate d'alumine lors d'une séparation préliminaire et en ce qu'ensuite une post-séparation est réalisée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit un fluide en contre-courant par rapport aux particules de matières solides descendantes au cours de la séparation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on introduit une lessive d'aluminate puri- fiée des grains d'hydrate à contre courant par rapport aux particules de matières solides descendantes prove- nant des filtres d'hydrate. 4. Dispositif destiné à la séparation de parti- cules de matières solides se trouvant dans les boues d'hydrate, lequel comporte un récipient cylindrique muni d'un collecteur de boue conique, un système d'amenée et une tubulure d'évacuation de boue ainsi qu'un trop- plein, caractérisé en ce que la ou les tubulures d'en- trée (5) du système d'amenée sont disposées excentrique- ment à l'axe géométrique du récipient (1) et qu'à chaque tubulure d'entrée (5) est raccordé un séparateur préli- minaire (6) constitué par un faisceau de tubes et/ou de t6les disposé selon une certaine déclivité dans la di- rection de l'axe géométrique du récipient (1), des ou- vertures de sortie de mousse (11) étant prévues sur la partie supérieure des séparateurs préliminaires (6), sur leur extrémité inférieure, une enveloppe conductrice (7) tronconique coaxiale à l'axe géométrique du récipient (1) étant raccordée de telle manière qu'entre son bord supérieur et l'enveloppe du récipient (1) se trouve une fente annulaire, et sous l'enveloppe conductrice (7) étant prévu un cône de régulation (8) coaxial & l'enve- loppe conductrice (7) réglable verticalement et convexe vers le haut. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que dans le collecteur de boue conique (3) du récipient (1) est prévue une conduite d'amenée de flui- de, disposée centralement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la conduite d'amenée de fluide est une conduite circulaire (14) munie d'alésages. 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que les tubulures d'entrée (5) sont raccordées à un distributeur (4) cen- tral. 8. Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que les tubulures d'entrée (5) et la partie supérieure des séparateurs préliminaires (6) sont agen- cées à l'extérieur de l'enveloppe du récipient (1). 9. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que le faisceau de tubes et/ou de tôles du séparateur préliminaire (6) est agencé de façon à être inscrit dans un angle de 30 à 80' par rapport à l'horlzontale.