Brevet FR2605248A1 — publié le 19880422

Il existe de nombreux domaines techniques dans lesquels il est souhaitable ou nécessaire d'opérer un concassage de matières particulaires grossières en milieu liquide. L'un de ces domaines consiste dans l'exploitation de nodules polymétalliques existant au fond des océans. Plus précisément, de tels nodules se présentent naturellement sous forme de particules solides d'une taille de l'ordre de 100 à 120 mm, et leur remontée depuis le fond de l'océan (généralemment à une profondeùr de 4000 à 6000 m) jusqu'à la surface de l'eau par pompage dans un tuyau re remontée pose des problèmes délicats. Ainsi, il est indispensable de réduire la taille de ces solides, et cette réduction ne peut se faire qu'au fond, en milieu liquide. D'une façon plus générale, toutes sortes de matériaux susceptibles d'être extraits du fond des mers peuvent nécessiter une réduction de taille avant leur remontée, soit parce qu'ils se présentent sous la forme de blocs trop volumineux ou trop lourds pour être transportés tels quels dans le tuyau vertical de remontée (c'est le cas notamment des nodules polymétalliques ou des nodules phosphates), soit parce qu'ils se présentent sous forme d'un gisement continu ou quasi-continu qu'il est nécessaire de débiter sur place (c'est le cas notamment des encroutements cobaltifères ou des sulfures ). Par ailleurs, dans l'industrie minière en général, il peut s'avérer intéressant de faire appel à un concassage en milieu liquide, notamment aqueux, pour réduire des matières dangereuses d'un point de vue chimique ou radioactif. On évite de la sorte de créer des aérosols particulièrement nocifs. C'est le cas par exemple pour le traitement de la silice et de l'alumine, ou encore du béryllium et de l'uranium. Enfin, dans l'industrie chimique, et plus particulièrement l'industrie agro-alimentaire, on a découvert que le traitement en phase aqueuse pouvait conduire à des voies nouvelles de développement de certains produits, tels que les céréales, les luzernes,... Des recherches effectuées par les Demanderesses ont eu pour objet de reconnaître si, en partant de matériels classiques de broyage et de concassage, il était possible d'adapter ces matériels pour une utilisation efficace sous l'eau. On a tout d'abord constaté qu'un concasseur à cylindres ou un concasseur giratoire simplement immergé dans l'eau présentait, par rapport à ses performances nominales dans l'air, une réduction considérable du débit des matières solides concassées. Cette réduction de débit a été initialement attribuée à la diminution du coefficient de frottement entre la matière à broyer et les surfaces de concassage, due à la présence du milieu liquide. Cependant, l'adjonction de barrettes ou autres irrégularités de surfaces favorisant l'agrippement des blocs de matière à concasser n'a pas apporté l'amélioration escomptée. On en a déduit que l'essentiel de la réduction du débit utile de concassage était dû à la densité et à la viscosité beaucoup plus élevées de l'eau par rapport à celles de l'air. Ainsi, que ce soit avant ou après leur passage dans le concasseur, les particules se meuvent lentement d'une part, à cause de la diminution de la force de gravité due à la poussée d'Archimède, et d'autre part, à cause des forces de trainée appliquées aux solides par le milieu. Ainsi la présente invention vise à atténuer l'effet désavantageux de réduction du débit de concassage dû à la présence de la phase liquide dans un concasseur immergé. A cet effet, l'invention concerne un concasseur, du type comprenant une goulotte d'alimentation en matières à concasser, des moyens de concassage rotatifs, et une enceinte de récupération des matières concassées, l'ensemble étant immergé dans un milieu liquide, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de recirculation du milieu liquide depuis l'enceinte de récupération vers ladite goulotte d'alimentation. De façon préférée, les moyens de recirculation comprennent un conduit éventuellement associé à une pompe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale partielle schématique d'une installation de concassage immergée expérimentale de la présente invention, et - la figure 2 est une vue de détail agrandie d'une partie de la figure 1. En référence aux dessins, une installation de concassage immergée, conçue à titre expérimental ,comprend tout d'abord une trémie de chargement 10 dans laquelle sont stockées les matières solides à concasser 12. Un convoyeur à bande 14 est prévu entre la trémie 10 et l'extrémité supérieure d'une goulotte d'alimentation 16 du concasseur. En 18 sont indiqués schématiquement des moyens détecteurs destinés à provoquer l'arrêt du mouvement du convoyeur 14 dès qu'un niveau de matière à concasser prédéterminé est atteint dans la goulotte 16. Une cuve 20 de hauteur relativement importante contient le milieu liquide 22, de l'eau dans le présent exemple, dans lequel va s'effectuer le concassage. La goulotte d'alimentation sus-mentionnée est montée dans la partie supérieure de cette cuve de manière à ce que son extrémité supérieure d'entrée soit au-dessus du niveau du liquide. L'extrémité inférieure de la goulotte se rétrécit pour déboucher dans l'espace situé entre deux cylindres contre-rotatifs 24 et 24' constituant le con casseurproprement-dit. Les cylindres 24 et 24' sont entrainés dans le sens des flèches 25, 25' à même vitesse linéaire de surface autour de leurs axes horizontaux rcspectifs. L'installation comprend en outre, immédiatement en aval des cylindres de concassage, une goulotte de sortie 26 débouchant dans la partie inférieure de la cuve 20, formant enceinte de récupération 27 pour les matières broyées, celles-ci étant représentées en 28. Comme on peut l'observer, une cloison horizontale 30 isole l'enceinte dé récupération 27 de la région supérieure de la cuve 20. L'installation comprend également, à titre accessoire, un volet 32 situé dans la goulotte d'alimentation 16 et destiné à interrompre l'alimentation en matièresà concasser lorsqu'on le désire. Conformément à l'invention, des moyens sont prévus pour effectuer une recirculation de l'eau passant entre les cylindres de concassage 24 et 24'. Ces moyens comprennent ici un conduit inférieur 40 s'étendant entre la région supérieure de l'enceinte de récupération et une pompe centrifuge de recirculation 42. Une chicane 44 est interposée à l'entrée du conduit 40 afin de limiter le risque que les matières concassées ne soient indésirablement recyclées avec l'eau. Les moyens de recyclage comprennent ensuite un conduit 46 s'étendant entre la sortie de la pompe 42 et la goulotte d'alimentation 16 du concasseur, à une hauteur intermédiaire de celle-ci. Sur le trajet du conduit 46 sont interposés un débitmètre 48 et une vanne 50. Si on le souhaite, un filtre (non représenté) pourra être interposé dans la partie 40 du conduit de recirculation afin d'éviter que des matières déjà broyées ne soient indésirablement recyclées avec l'eau. On trouve en outre un conduit d'alimentation en eau claire 52 équipé d'une vanne 54, pour la mise en eau du dispositif expérimental, ce conduit 52 débouchant dans le conduit de recirculation 46,ainsi qu'un conduit 56 raccordé sur le conduit 40 par l'intermédiaire d'une vanne 58 et formant conduit de trop-plein destiné à éviter le débordement de la cuve 20. Sur un plan fonctionnel, les moyens de recirculation constitués par la pompe 42 et les conduits 40, 46 ont pour objet de créer un courant descendant de liquide forcé entre les deux cylindres 24, 24' du concasseur. L'effet de freinage des particules dû à la densité et à la viscosité très élevées du milieu dans lequel s'effectue le concassage est ainsi fortement atténué : cette circulation forcée entraine les particules beaucoup plus rapidement entre les cylindres, et le débit des solides concassés est fortement accru. Il est cependant à noter1 comme on le verra en détail par la suite, que des résultats également fort satisfaisants sont obtenus lorsque la recirculation s'effectue de façon naturelle, c'est-à-dire lorsque la pompe 42 est omise. Une telle recirculation naturelle est créée par la charge des particules à broyer dans la goulotte d'entrée 16, avec un débit de liquide suffisant pour que le débit des solides concassé soit sensiblement accru. On a représenté sur la figure 2 une forme de réalisation avantageuse des cylindres contre-rotatifs de concassage 24, 24'. Comme on peut l'observer, chaque cylindre comporte sur sa surface de travail, orientees parallèlement à son axe, une série de barrettes saillantes de largeur L et de hauteur g espacées les unes des autres d'une distance linéaire d. Ces barrettes contribuent, conjointement au courant forcé descendant du liquide entre les cylindres créés par la recirculation, à favoriser la préhension et le concassage des particules solides. Les avantages de la présente invention apparaîtront mieux à travers les exemples numériques qui suivent concernant la mise en oeuvre de celle-ci. Exemple 1 On utilise un concasseur immergé du type défini ci-dessus, équipé de cylindres d'un diamètre de 300 mm et d'une longueur de 400 mm, avec des barrettes d'une section t x L de 5 x 10 mm et espacées les unes des autres de d = 50 mm, pour concasser du charbon de densité 1,25 et d'une taille de particules de 0 à 30 mm afin de réduire cette taille à 0-10mm. La vitesse linéaire des cylindres à leur surface est de 4 m/s. Un premier essai est effectué en fermant la vanne 50, la pompe 42 étant à l'arrêt, et donc en l'absence de toute recirculation entre la sortie et l'entrée du concasseur. Le débit des solides concassés avec cette configuration est inférieur à 2 tonnes/heure. Un second essai consiste à ouvrir la vanne 50 en laissant la pompe 42 à l'arrêt. Il apparaît au cours du concassage dans cette configuration une recirculation naturelle de l'eau entre la sortie et l'entrée du concasseur, cette recirculation étant essentiellement due à la charge des solides présents dans la goulotte d'alimentation 16. On peut noter que la cloison de séparation 30 permet que la recirculation s'effectue jusqu'à cette goulotte 16, en empêchant toute recirculation interne au sein de la cuve 20. Le débit de solides concassés atteint avec ce deuxième essai une valeur de l'ordre de 10 à 11 tonnes/heure, le débit d'eau induit mesure étant comprise entre 10 et 15 m3/ heure. On constate déjà un progrès notable du rendement de concassage avec une simple recirculation naturelle. Le troisième essai consiste, en laissant la vanne 50 ouverte, à entraîner maintenant la pompe centrifuge 42. L'essai est effectué avec plusieurs valeurs du débit de recirculation forcée, et il indique qu'un débit de solides concassés encore supérieur à la valeur ci-dessus est obtenu lorsque le débit d'eau forcée est compris entre 20 et 60 m3/heure. On constate également qu'au-delà d'un débit de recirculation forcée de l'ordre de 70 à 90 m3/heure, le débit-des solides concassés diminue progressivement pour finalement s'annuler vers un débit d'eau de 100 m3/heure. On attachera donc une importance toute particulière au choix du débit de l'eau recyclée, de manière à ce que le débit de concassage effectué soit en permanence proche de sa valeur maximale. A titre de comparaison, on a effectué un concassage avec la même installation dans l'air, la cuve 20 étant vidée de son eau. Les autres conditions étant conservées, le débit des solides concassés mesuré est d'environ 22tonnes/ heure. En pratique, la recirculation forcée de la phase liquide avec les débits indiqués plus haut permet d'atteindre un débit de solides maximal compris entre 80 et 100% de cette valeur dans l'air et donc de rapprocher sensiblement les perforaanoes obtenues avec un concasseur immergé de celles obtenues avec le même concasseur dans l'air. Exemple 2 Le même mode opératoire est utilisé pour concasser des nodules polymétalliques tels qu'on les trouve au fond des océans, dans les mêmes conditions de granulométrie. Leur densité est égale à 2. Un débit important des solides concassés, dans le mode de recirculation forcée,est ici encore obtenu avec un débit de recirculation de l'ordre de 20 à 60 m3/heure, peut s'élever jusqu'à 80 à 100% de la valeur du débit de solides obtenu avec la même installation de concassage, dans les mêmes conditions opératoires mais dans l'air(une telle valeur étant de l'ordre de 33 tonnes/heure). En pratique, l'installation de concassage de la présente invention pourra se présenter sous une forme extrêmement simple : dans sa version de base du type à recirculation naturelle, les moyens de recirculation comprendront une simple canalisation montée entre la sortie et l'entrée du concasseur proprement dit,par ailleurs convenablement isolées l'une de l'autre. Un mode de réalisation plus élaboré , à recirculation forcée, comprendra en outre une pompe, par exemple centrifuge, de performances appropriées. Bien entendu, les divers aménagements envisagés plus haut et liés à la nature expérimentale de l'installation décrite seront si nécessaire supprimés. En outre, l'invention s'applique avantageusement à tout type de concasseur continu, notamment aux concasseurs à cylindres contre-rotatifs comme décrit et aux concasseurs giratoires. La présente invention n'est ainsi nullement limitée à la forme de réalisation décrite, mais inclut dans son cadre toute variante ou modification venant à l'esprit de l'homme de l'art. On peut noter enfin qu'une application particulièrement intéressante de la présente invention consistera à concasser des nodules polymétalliques ou phosphatés en immersion au fond de la mer, afin d'en réduire la taille de particules et d'en faciliter ainsi la remontée par pompage dans un tuyau ou analogue jusqu'à une installation flottante. Dans ce cas, l'enceinte de récupération 27 telle que décrite plus haut pourra consister en une simple canalisation de sortie du concasseur,depuis laquelle le mélange d'eau et des produits de broyage sera directement remonté à la surface. REVENDICATIONS 1. Concasseur, du type comprenant une goulotte (16) d'alimentation en matières à concasser, des moyens de concassage rotatifs (24, 24') et une enceinte (27) de récupération des matières concassées, l'ensemble étant immergé dans un milieu liquide, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (40, 46) de recirculation du milieu liquide depuis l'enceinte de récupération vers ladite goulotte d'alimentation. 2. Concasseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de recirculation comprennent un simple conduit, la recirculation s'effectuant de façon naturelle. 3. Concasseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de recirculation comprennent un conduit (40, 46) associé à des moyens de pompage (42), la recirculation étant forcée. 4. Concasseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de concassage comprennent deux cylindres contre-rotatifs (24, 24'). 5. Concasseur selon la revendication 4, caractérisé- en ce que les cylindres (24, 24') comportent à leur surface des barrettes saillantes (25). 6. Concasseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de concassage comprennent un concasseur giratoire. 7. Application du concasseur selon l'une quelconque des revendications précédentes au concassage de nodules sous marins au fond de la mer en vue de leur remontée par pompage vers une installation flottante.