Brevet FR2658914A1 — publié le 19910830

i PJKO Chu M COLORIMETRIQUE POUR LE CONTROLE EN CONTINU D'IMJ Lu ICW Er S SUR ALUMINE HYDRATEE L'invention consiste en un procédé et un dispositif de contrôle en continu de la teneur en soude caustique d'un gâteau d'alumine trihydrate, AI(OH)3, au défilé sur une bande transporteuse placée à l'évacuation d'un filtre à tambour rotatif Plus généralement ce procédé et ce dispositif s'appliquent au contrôle continu de la teneur, dans un produit défilant sur une bande transporteuse sous forme de mottes irrégulières, en une impureté susceptible d'une réaction colorée avec un réactif. POSITION DU PROBLEME Dans le procédé Bayer de préparation d'alumine par attaque de la bauxite à la soude (figure 1), la liqueur d'aluminate obtenue, débarrassée de ses impuretés insolubles dans la soude, passe dans une série de réacteurs appelés décomposeurs ( 1) dans lesquels par ensemencement avec des germes d'alumine hydratée, on fait précipiter une partie de l'aluminate en solution sous forme d'alumine hydratée insoluble Cette alumine hydratée est ensuite filtrée sur filtre rotatif ( 2) La gâteau obtenu contient, bien entendu beaucoup de soude dissoute, en particulier dans le liquide interstitiel du gâteau. Pour diminuer la quantité de soude, on procède en deux étapes: -le gâteau d'alumine hydratée est remis en suspension dans un bac ( 3) muni d'un agitateur dans les eaux de lavage provenant d'un filtre ( 4) dont il sera question ci- après pour former un lait d'alumine. -la suspension ainsi obtenue est filtrée sur un filtre à tambour sous vide ( 4); le gâteau formé est ensuite lavé sur ce même filtre à l'eau chaude La liqueur de lavage est alors envoyée par la canalisation ( 5) vers le bac ( 3) o elle servira à la mise en suspension de l'alumine hydratée. Le gâteau obtenu sur le filtre à tambour ( 4) après lavage est détaché du filtre et tombe sur une bande transporteuse ( 6) qui l'amène vers le four de calcination. Pour des raisons diverses, la teneur en soude libre de l'alumine hydratée sortant du tambour ( 4) et se dirigeant vers la calcination doit être maintenue inférieure à une certaine limite: 300 ppm et il n'est pas indispensable de descendre en dessous de 175 ppm Le dosage de la soude libre se fait très facilement par acidimétrie sur des échantillons prélevés de temps en temps sur la bande transporteuse ( 6) Mais ce dosage est assez long: l'échantillon doit être séché à l'étuve pendant 3 heures, il doit être ensuite épuisé à l'eau distillée à l'ébullition pendant 30 mn, puis titré en présence d'indicateur coloré ou à l'aide d'un p H-mètre Or le débit d'alumine sur la bande est de plusieurs dizaines de tonnes/heure; entre le prélèvement et le résultat du dosage un tonnage considérable d'alumine éventuellement hors-norme peut être envoyée à la calcination Pour éviter de trop fortes dérives, on poste près de la bande transporteuse un ouvrier muni d'une pipette d'une solution de phénolphtaléine En projetant de cette solution sur l'alumine défilant devant lui sur la bande, il est capable de s'assurer de façon, bien entendu, très grossière, et par estimation de la teinte rouge obtenue, de ce qu'il n'y a pas de dérive importante de la teneur en soude du produit. L'invention consiste à transformer ce procédé de détection grossier et discontinu en un procédé fiable ne faisant pas appel à l'appréciation humaine et, sinon continu, du moins pratiqué automatiquement à intervalles réglables. L'entreprise était difficile pour plusieurs raisons: Tout d'abord, le débit de produit sur la bande est très irrégulier;en effet le gâteau d'alumine se détache du tambour du filtre par plaques de volumes irréguliers et aléatoires Il en résulte une épaisseur moyenne de produit sur la bande variant de 2 à 30 cm avec des périodes de variations d'assez grande amplitude Cela entraîne une variation de la distance entre la surface supérieure du produit et le capteur mesurant l'intensité de la coloration. Ensuite dans une zône o l'épaisseur moyenne est relativement constante, la surface supérieure du produit est loin d'être uniforme et parallèle à la bande transporteuse: le produit se présente sous forme de mottes de tailles et de formes variables. Enfin, l'intensité de la coloration, que l'on se propose de mesurer pour en déduire la teneur en soude, peut varier suivant la compacité du produit qui influe sur la diffusion du colorant dans la zône de mesure. SOLUTION DU PROBLEME Le procédé décrit ci-après et le dispositif représenté sur la figure 2 montrent comment les problèmes ci-dessus ont été résolus. L'invention se présente sous la forme d'une combinaison de trois moyens essentiels: -un premier moyen est un système mécanique destiné à égaliser la surface supérieure du produit circulant sur la bande de façon à ce qu'elle offre, tout au moins dans la zône o la mesure calorimétrique sera faite, une surface sensiblement plane. -un deuxième moyen est un système de pulvérisation destiné à projeter sur une portion de cette surface supérieure le réactif coloré, ici une solution de phénolphtaléine. -un troisième moyen est le système de dosage calorimétrique lui-même permettant soit par une mesure absolue de l'intensité de la couleur soit par une comparaison avec une couleur de référence de doser la teneur en soude de l'alumine. Le premier moyen se compose d'un bras de levier ( 7) en équilibre autour d'un axe horizontal ( 8) et soumis à plusieurs forces: le poids du dispositif d'égalisation ( 9),éventuellement celui du système de mesure de couleur ( 17) et le poids d'un contrepoids d'équilibrage ( 10) Un vérin ( 11) permet de descendre le bras de levier ( 7) pour amener le dispositif d'égalisation ( 9) au contact avec le produit circulant sur la bande lorsque l'on veut faire une mesure puisque, comme on le verra plus loin, la mesure n'est pas faite en continu,mais à intervalles réguliers La fixation de la tête du vérin sur le bras de levier n'est pas rigide: elle se fait au moyen d'une lumière sensiblement verticale ( 12) permettant au levier ( 7) d'osciller de façon à ce que le dispositif d'égalisation ( 9) puisse suivre les variations d'épaisseur de l'alumine sur la bande. Le dispositif d'égalisation ( 9) est représenté sur la figure 3; il est constitué d'un demi-cylindre en matière plastique ( 13) maintenu, à chacune des génératrices qui le limitent par deux barrettes ( 14) fixées sur un cadre ( 15) Ce demi-cylindre doit répondre à des caractéristiques précises: -il doit être suffisamment rigide pour écraser les mottes en surface et donner une surface supérieure sensiblement plane. -il doit être suffisamment souple et déformable pour laisser cependant passer les mottes qu'il n'aurait pas réussi à déliter. La demanderesse a trouvé qu'une feuille de matière plastique de type tétrafluoropolyéthylène d'une épaisseur de quelques millimètres convenait parfaitement à cet usage. Le système d'égalisation ( 9) oscille-autour de son axe ( 8) de façon à épouser les variations d'épaisseur du lit d'alumine, la force d'appui, donc la profondeur d'écrasement du lit d'alumine étant réglée par le déplacement du contrepoids ( 10). La longueur de ce demi-cylindre n'a évidemment pas besoin d'être égale à la largeur de la bande transporteuse:il suffit qu'elle soit légèrement supérieure au diamètre de la tache de colorant créée par le système de pulvérisation. Le deuxième moyen est constitué d'un système classique de pulvérisation de liquides,par air comprimé ou par tout autre moyen ( 16) Ce moyen est disposé entre le système d'égalisation ( 9) et l'appareil de mesure calorimétrique, comme représenté sur la figure. Le troisième moyen représenté schématiquement en ( 17) sur la figure 2 peut consister ou bien en un appareil de mesure en continu de la couleur ou bien en une caméra video couleur Chaque système possède ses avantages spécifiques: -l'appareil de mesure de couleur permet des mesures absolues; en d'autres termes, il ne nécessite pas un étalonnage par mesure du blanc à chaque opération de mesure En revanche,il doit travailler à distance pratiquement constante de la face supérieure du lit d'alumine; il est donc avantageux de le fixer sur le bras de levier qui supporte le système d'égalisation, ce qui assure par construction une distance constante Son prix d'achat est, en outre, plus élevé que celui d'une caméra. -la caméra video couleur a, elle, une profondeur de champ suffisante pour que l'on ne soit pas obligé de lui faire suivre les variations à grande période de l'épaisseur du lit Il est,en revanche, nécessaire de procéder, à chaque fois, à une mesure comparative entre le blanc (sans addition de réactif coloré) et la couleur. Chacun de ces appareils est, bien entendu, muni d'un dispositif électronique de traitement du signal permettant soit l'affichage de la teneur en soude,soit la régulation de cette teneur par action sur le débit d'eau de lavage sur le filtre. EXEMPLE Sur la bande transporteuse ( 6) de la figure 1 on a installé le système de mesure représenté sur la figure 2. Le débit d'alumine hydratée sur la bande était environ de tonnes/heure. Le système continu de mesure de la couleur utilisé,un appareil de marque QUAL-PROBE fabriqué par la société Hunterlab, était fixé sur le bras de levier ( 7) ainsi que représenté sur la figure 2. Un automate programmable, non représenté sur les figures, déclenchait, toutes les trois minutes les opérations suivantes: -Mise en contact par action du vérin ( 11) du dispositif d'égalisation ( 9) avec la partie supérieure du lit d'alumine. -Pulvérisation pendant 4 secondes d'une solution alcoolique de phénolphtaléine à 0,2 % en poids On obtient une tache rose d'environ 6 cm de diamètre. -Mesure de la couleur avec un réglage de la surface inspectée de 30 mm de diamètre. Simultanément, on a prélevé des échantillons d'alumine hydratée à intervalles réguliers en prenant bien soin de noter la correspondance entre ces échantillons et la mesure de couleur. Dans ces échantillons, la soude soluble a été dosée par acidimétrie avec l'acide rosolique comme indicateur. La figure 4 représente la réponse de l'appareil de mesure, exprimée en unités arbitraires, en fonction de la quantité de soude soluble dosée par acidimétrie dans les échantillons, exprimée en parties par million d'alumine hydratée sèche. On note une bonne corrélation entre ces deux séries de valeurs, la dispersion risiduelle n'ayant aucune conséquence fâcheuse quant au pilotage du procédé industriel. Il est clair que ce procédé et ce dispositif que nous avons décrits plus particulièrement pour le contrôle en continu de la teneur en soude de l'alumine hydratée peut s'appliquer dans son principe revendiqué au contrôle des impuretés contenues dans un produit défilant en vrac avec une surface supérieure irrégulière, sous réserve que ces impuretés soient susceptibles de donner avec un réactif adéquat, une réaction colorée. REVEND ICAT IONS 1 ')Procédé de dosage automatique et programmé du taux d'un produit défilant en vrac avec une surface supérieure irrégulière sur une bande transporteuse, en une impureté formant avec un réactif approprié un composé coloré caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: -on égalise sur au moins une partie de la largeur de la bande la surface supérieure du produit -on pulvérise sur une partie de la portion égalisée le réactif approprié -on mesure l'intensité de la couleur obtenue -on en déduit par référence à une courbe d'étalonnage le taux en impureté du produit. )Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les quatre étapes du procédé sont répétées à intervalles de temps réguliers et ajustables à l'aide d'un automate programmé. )Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2,caractérisé en ce qu'il est appliqué au dosage de la soude dans l'alumine hydratée et que le réactif coloré est la phénolphtaléine. )Appareil de dosage automatique et programmé du taux d'un produit défilant en vrac avec une surface supérieure irrégulière sur une bande transporteuse, en une impureté formant avec un réactif approprié un composé coloré caractérisé en ce qu'il comprend: -un système d'égalisation composé lui-même de: a) un bras de levier ( 7) en équilibre autour d'un axe horizontal ( 8) sous l'action de plusieurs forces:le poids du dispositif d'égalisation ( 9),éventuellement celui du système de mesure de couleur ( 17) et celui d'un contrepoids ( 10). b) un dispositif d'égalisation ( 9) constitué d'un demi-cylindre en feuille de matière plastique ( 13) dont la partie inférieure convexe est en contact avec le lit de produit défilant sur la bande,fixé par les deux génératrices qui le limitent sur un cadre solidaire du bras de levier. c) un vérin ( 11) permettant de descendre le bras de levier pour amener la partie inférieure du cylindre en matière plastique au contact avec le produit défilant sur la bande,la tête du vérin étant fixée sur le bras de levier de façon non rigide pour permettre les oscillations du bras de levier lorsque le dispositif d'égalisation suit les variations d'épaisseur du produit défilant sur la bande. -un système de pulvérisation du liquide contenant le réactif formant avec l'impureté le composé coloré -un système de mesure de la coloration obtenue. )Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que le système de mesure de la coloration est constitué d'un appareil de mesure de la couleur fixé sur le bras de levier )Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que le système de mesure de la couleur est constitué d'une caméra video couleur.