Brevet FR2704770A1 — publié le 19941110

DESCRIPTION L'invention concerne un procédé pour séparer des fines particules de matière solide à poids spécifique élevé, de préférence des métaux, d'un produit d'entrée sous forme d'émulsions boueuses ou visqueuses, de préférence d'émulsions huile-eau, ainsi qu'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé. La sidérurgie produit ce qu'il convient d'appeler des battitures de laminage. Elles résultent du laminage des produits en acier et en fer ou du refroidissement de ces produits au cours d'une opération de laminage à l'aide d'huiles spécifiques, d'eau et d'émulsions. Les battitures sont de nature boueuse et se composent d'un mélange des particules d'alliage de fer, d'huiles et d'eau dont la composition est variable, les particules d'alliage de fer présentant une grosseur fine et extrêmement fine, parfois de forme lamelleuse. Afin d'utiliser à bon escient la quantité de métal contenue dans les battitures, un procédé connu prévoit de doser cette quantité lors de la préparation du minerai (tunnel de frittage) devant le haut-fourneau, de la mélanger au minerai, puis de la concasser, de la sécher et de la préchauffer dans le tunnel de frittage. Lors du séchage et du chauffage, les battitures dégagent des vapeurs d'huile qui sont facilement inflammables. Dans les installations d'épuration des gaz d'échappement des tunnels de frittage qui étaient habituelles autrefois et qui étaient réalisées sous forme de dépoussiéreurs par cyclone, les gaz d'échappement ne pouvaient pas s'enflammer. Au fil de l'amélioration de la protection de l'environnement, les installations d'épuration des gaz d'échappement des tunnels de frittage ont été équipées d'électrofiltres. Cependant, l'éclatement d'étincelles dans les électrofiltres peut provoquer une inflammation incontrôlée des vapeurs d'huiles contenues dans les gaz d'échappement. De nombreux dommages d'incendie et d'explosion ont ainsi déjà été provoqués. Pour cette raison, il n'est, pour l'instant, pas possible de réutiliser les battitures dans leur état d'origine. Pour réutiliser les battitures, il convient de les traiter au préalable, de manière à ce que les composants métalliques préparés ne contiennent qu'une faible quantité d'huile inflammable. Dans ce cas, la valeur limite se situe, par exemple. dans l'ordre de grandeur inférieur/égal à 0,2 % en poids. Pour traiter les battitures, des procédés thermiques selon Iesquels le chauffage et la combustion de la quantité d'huile ne se font pas directement ont déjà été suggérés. Ce genre de procédé est très coûteux en raison du coût élevé de l'élaboration d'installations appropriées et de l'épuration des gaz d'échappement qui est nécessaire. 2 2704770 En outre, la mise en oeuvre de ce genre de procédé thermique produisant des gaz d'échappement est soumise à des normes antipollution strictes et à une procédure d'homologation, ce qui contribue encore à en augmenter le coût. Le but de l'invention consiste à créer un procédé du genre de celui cité en introduction ainsi qu'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé, qui permettent d'établir les valeurs limites pour l'huile citées en exemple, ne présentent pas d'étapes thermiques produisant des gaz d'échappement, pour lesquels la taxe antipollution soit réduite en conséquence et dont les coûts d'exploitation soient donc plus faibles. Ce but est atteint par les caractéristiques citées dans la partie caractérisante de la revendication 1. Les sous-revendications contiennent des réalisations appropriées de ce procédé et décrivent un dispositif adéquat pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'invention repose sur l'idée d'effectuer la séparation dans un procédé fonctionnant en continu en ajoutant un fluide, de préférence exclusivement de l'eau, au produit d'entrée à séparer, la séparation se faisant du fait qu'on produit un flux de produit continu contenant l'émulsion à séparer, dans le fond duquel se déposent les fines particules de matière solide à poids spécifique élevé, et qu'on superpose à la zone de dépôt (zone de sédimentation) et/ou à la zone qui fait suite au flux de produit en aval de ce dernier un flux fluide orienté transversalement par rapport au flux de produit (de préférence également de l'eau). Ce flux fluide orienté transversalement n'emporte qu'une partie du flux de produit et l'entraine vers un écoulement transversal, tandis qu'un écoulement de produit est prévu pour le flux de produit lui-même. La partie du flux de produit qui est emportée par le flux fluide constitue la partie supérieure ou la partie du flux de produit tournée vers la surface qui ne contient (plus) de fines particules de matière solide à poids spécifique élevé. Cela est dû au fait que le flux fluide passe par-dessus le côté terminal de la limite latérale du flux de produit qui est opposé à son côté d'alimentation. Par analogie avec la mécanique, ce procédé pourrait être désigné comme une "séparation par cisaillement" de la partie du flux de produit contenant les fines particules de matière solide à poids spécifique élevé qui se sont déposées au fond et de la partie de flux de produit ne contenant plus ces fines particules de matière solide à poids spécifique élevé. Dans une réalisation appropriée, il est possible de prévoir, d'une part, que le procédé se déroule en continu de façon répétée, de manière à ce que le flux fluide passant par-dessus la limite latérale du flux de produit soit réparti en un autre ou en plusieurs autres flux de produit secondaires et en un flux fluide résiduel passant par- dessus sa (leurs) limite(s) latérale(s). En plus ou au lieu de cela, il est possible de prévoir qu'une partie des fines particules lourdes de matière solide qui n'est pas séparée lors du premier passage est à nouveau mélangée en continu au produit d'entrée du 3 2704770 procédé, ce qui ne requiert pas d'extraire l'eau au préalable. Le déroulement du procédé est continu et peut être conçu pour toutes les capacités. Le composant d'eau peut circuler en grande partie dans un circuit de manière à préserver l'environnement. Les quantités d'eau excédentaires contenant de l'huile peuvent être traitées sans problème pour être réintroduites ou peuvent être acheminées vers les installations de traitement existant, le cas échéant, dans les usines sidérurgiques. - Le procédé selon l'invention est apte à fournir les valeurs limites pour l'huile contenue dans les composants métalliques humides, ne produit pas de gaz d'échappement et fonctionne tout en respectant l'environnement. D'autres détails, caractéristiques, avantages de la présente invention sont indiqués ci-dessous dans la description d'un exemple de réalisation à l'appui des dessins schématiques joints en annexe. Les figures montrent: Fig. 1 une représentation schématique du déroulement complet d'un procédé selon l'invention; Fig. 2 une représentation schématique d'un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé de séparation proprement dit. Sur la fig. 1, 1 désigne une alimentation dosée de battitures sous forme de boue. Un dispositif de dosage représenté schématiquement porte le numéro de référence 2. Les dispositifs de dosage représentés par ailleurs sur la fig. 1 avec le symbole correspondant ne portent pas de numéro de référence particulier. Les battitures sont mélangées à de l'eau primaire 3 dosée à partir d'un réservoir d'eau. Les battitures 1 et l'eau primaire 3 alimentent une cuve de mélange désignée par 4. Un soutirage dosé du mélange composé de battitures et d'eau primaire est désigné par 5. Ce mélange est amené à l'entrée 6 (fig. 2) d'un corps de séparation désigné dans son ensemble par 7. La structure du corps de séparation 7 est décrite plus en détail ci-après en référence à la fig. 2. De l'eau secondaire 9 dosée à partir. d'un réservoir d'eau est amenée à une entrée 8 du corps de séparation. De plus, de l'eau fluide 11 dosée à partir d'un réservoir d'eau est amenée à une entrée 10. Le corps de séparation 7 peut effectuer un mouvement alternatif dans la direction de la flèche double 13 sous l'action d'un générateur d'oscillations 12, ce qui lui confère un mouvement oscillant. Les zones de séparation qui se forment dans le corps de séparation 7 lors du déroulement du procédé sont désignées par I, II et III. I constitue une zone d'écoulement pour les constituants composant métallique/eau, II est une zone d'écoulement pour les constituants eau/huile résiduelle/composant de métal résiduel et la zone III est une zone d'écoulement pour les constituants huile/eau résiduelle. Le constituant qui s'écoule de la zone d'écoulement I (composant métallique/eau) est désigné par 14 et alimente un décanteur désigné par 15. Le constituant qui s'écoule de la zone d'écoulement II (eau/huile résiduelle/composant de métal résiduel) est désigné par 4 2704770 16 et alimente un décanteur désigné par 17. Le constituant qui s'écoule de la zone d'écoulement mI (huile/eau résiduelle) est désigné par 18 et alimente un décanteur désigné par 19. De l'eau est soutirée de manière dosée des décanteurs 15, 17 et 19 dans le sens de la flèche 20 et alimente un réservoir d'eau (non représenté). Le mélange composant métallique/huile/eau est soutiré de manière dosée du décanteur 17 dans le sens de la flèche 21 et mélangé aux battitures 1.22 désigne un soutirage du composant huileux aqueux du décanteur 19 qui mène à une installation de traitement (non représentée). 23 désigne le soutirage du composant métallique humide. Le corps de séparation 7 représenté sur la figure 2 présente une surface de séparation 24 oblongue qui est disposée dans la direction longitudinale avec un angle (x par rapport au plan horizontal et avec un angle B par rapport au plan transversal, si bien que la surface de séparation 24 est disposée en diagonale et en biais par rapport à l'horizontale. Comme évoqué précédemment, la surface de séparation 24 peut être déplacée avec un mouvement oscillant dans le sens de la double flèche 13. La surface de séparation 24 présente des bourrelets de retenue 25, 26,27,28 et 29. Sur le côté opposé au bourrelet de retenue 25 dans la direction longitudinale est prévu un dispositif d'alimentation 30 s'étendant vers le haut au-dessus de la surface de séparation 24, qui présente une paroi 31 s'étendant vers le haut perpendiculairement à la surface de séparation 24. Ainsi plusieurs canaux s'étendant longitudinalement sont réalisés sur la surface de séparation 24, à savoir un canal d'écoulement 32 pour le flux de produit et des canaux d'écoulement 33,34,35 et 36 pour les flux de produit secondaires. Le mélange 5 (battitures/eau primaire) alimente le canal d'écoulement 32. Ce mélange pénètre dans le canal d'écoulement 32 par un écoulement 37. Au-dessus de l'écoulement 37, le canal d'écoulement 32 est alimenté en eau secondaire 9 (écoulement 38). Il se forme ainsi un flux de produit désigné par 39. Un flux fluide est superposé dans le sens de la flèche 40 au flux de produit 39. Ce flux fluide est produit du fait que l'eau fluide 11 sort par des écoulements 41 et passe par- dessus le bourrelet de retenue 25 opposé (et par-dessus les autres bourrelets de retenue qui lui font suite). L'opération de séparation se déroule de la manière suivante: Les battitures 1 peuvent être grasses (forte teneur en huile) ou maigres (faible teneur en huile). La quantité d'eau primaire à ajouter dans la cuve de mélange 4 se mesure en fonction de sa teneur en huile. Le mélange 5 est ensuite soutiré de manière dosée et chargé avec une quantité d'eau secondaire 9 sur la surface de séparation 24 à mouvement oscillant. En ajoutant de l'eau secondaire, il se forme un flux de produit 39 du mélange 5 avec l'eau secondaire sur la surface de séparation 24 dans la direction longitudinale du canal d'écoulement 32. Étant donné que de l'eau est ajoutée aux battitures, la portion de métal dont le poids spécifique est plus élevé peut se déposer au fond d'une zone de 2704770 sédimentation du flux de produit 39. Le mouvement oscillant dans le sens de la double flèche 13 permet toutefois de faire en sorte que le mélange d'eau secondaire 9 et de matériaux mélangés 5 passe dans le canal d'écoulement 32 dans le sens de l'écoulement. L'opération de séparation proprement dite est provoquée par l'eau fluide 11 qui coule par-dessus le flux de produit 39 dans le sens de l'écoulement 40 et qui passe par-dessus le bourrelet de retenue 25 (et, dans le cas de l'exemple de réalisation représenté, également par-dessus les autres bourrelets de retenue). Ce faisant, il se forme entre l'eau fluide 11 et son sens d'écoulement principal 40 et le flux de produit 39 un "flux de cisaillement séparateur". Celui-ci est favorisé par le mouvement oscillant 13 et l'inclinaison longitudinale et transversale de la surface de séparation 24 par rapport à l'horizontale. La face supérieure de la surface de séparation 24 est recouverte d'un mélange de matière plastique et de caoutchouc qui empêche les fines et les très fines particules de métal de former des colloides, en dépit de leur forme partiellement lamelleuse, et qui garantit aux particules de métal un passage libre dans la direction longitudinale, comme souhaité. Dans l'exemple de réalisation représenté, il se forme sur la surface de séparation 24 essentiellement trois zones, à savoir: Zone I pour le constituant composant métallique/eau, en particulier l'eau primaire et secondaire; Zone II pour Ie constituant eau/composant d'huile résiduelle/composant de métal résiduel et Zone III pour le composant huileux aqueux. Les composants 14, 16 et 18 qui s'écoulent sont collectés séparément par des réservoirs collecteurs ou de décantation 15, 17 19. Dans les réservoirs, le composant aqueux qui est chaque fois obtenu se dépose en haut/au milieu/en bas en fonction du type de liquide/de mélange. L'eau est soutirée de manière dosée de chacun des réservoirs (soutirage d'eau 20) est amenée dans un réservoir d'eau qui se charge de l'alimentation en eau primaire, en eau secondaire et en eau fluide, si bien qu'il se forme ainsi un circuit d'eau. Le composant métallique épuré et pauvre en huile peut être soutiré du réservoir de décantation 15 par le bas (numéro de référence 23). Après en avoir extrait l'eau, la quantité de constituant eau/huile résiduelle/composant métallique 16 (zone 2) qui n'a pas été séparée est ramenée au chargement des battitures 1 pour une nouvelle séparation (numéro de référence 21). Après en avoir extrait l'eau, le composant huileux aqueux résiduel provenant du réservoir 19 est retiré du processus pour être traité ultérieurement (numéro de référence 22). 6 2704770 Revendications 1. Procédé pour séparer de fines particules de matière solide à poids spécifique élevé, de préférence des métaux, d'un produit d'entrée sous forme d'émulsions boueuses ou visqueuses, de préférence des émulsions huile-eau, caractérisé en ce que le produit d'entrée, dans un état liquide permettant aux fines particules de matière solide de se déposer au fond, est continuellement soumis à un flux de produit délimité en largeur de manière à ce que les fines particules de matière solide à poids spécifique élevé puissent descendre dans une zone de sédimentation du flux de produit et de manière à ce que le flux de produit débouche dans un écoulement de produit, et en ce qu'au flux de produit est superposé continuellement, dans la zone de sédimentation et/ou en aval du flux de produit, un flux fluide amené par un côté longitudinal du flux de produit et orienté transversalement par rapport au flux de produit, qui débouche sur le côté longitudinal opposé au côté d'alimentation dans au moins un écoulement transversal passant par- dessus la limite latérale du flux de produit, le flux fluide qui passe par-dessus la limite latérale emportant continuellement hors du flux de produit les composants qui se trouvent au-dessus des fines particules de matière solide à poids spécifique élevé qui se sont déposées au fond. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux de produit est soumis à un mouvement oscillant allant dans le sens de l'écoulement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le produit d'entrée est rendu fluide par adjonction d'eau primaire, en ce que le flux de produit est provoqué par adjonction d'eau secondaire et en ce que le flux fluide est produit en ajoutant, transversalement par rapport au flux de produit, de l'eau au produit d'entrée. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux fluide passant par-dessus la limite latérale du flux de produit est divisé au moins en un autre flux de produit secondaire et en un flux fluide résiduel passant par-dessus la limite latérale de ce dernier. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fines particules de matière solide à poids spécifique élevé qui sont, le cas échéant, encore présentes dans le flux fluide évacué alimentent de nouveau le flux de produit, sachant qu'au préalable, on n'extrait pas d'eau du fluide qui reflue. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'eau utilisée par le procédé circule en grande partie dans un circuit. 7. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un canal d'écoulement ( 2? pour le flux de produit (39) est prévu sur une surface de séparation (24), canal qui présente au moins un orifice d'alimentation (41) pour le flux fluide (40) sur une limite de côté 7 2704770 longitudinal et dont la limite latérale opposée est formée par un bourrelet de retenue (25), en ce qu'un écoulement pour le produit (14) fait suite à la surface de séparation (24) dans le sens d'écoulement du flux de produit (39) et en dessous du bourrelet de retenue (25) et en ce qu'au moins un écoulement (16, 19) pour le flux fluide est prévu pour le flux fluide (40) passant par-dessus le bourrelet de retenue (25). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que sur la surface de séparation (24) est disposé, en plus du canal d'écoulement (32) et parallèlement à ce dernier, au moins un canal d'écoulement (33 ou 34, 35, 36) supplémentaire, qui est délimité des deux côtés par des bourrelets de retenue (25, 26 ou 26, 27 ou 27, 28 ou 28, 29). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la surface de séparation (24) est disposée sur la face supérieure d'un corps de séparation (7) et en ce que le corps de séparation (7) est relié à un dispositif (12) destiné à produire une oscillation (13) dirigée dans la direction longitudinale du canal d'&écoulement (32). 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que de la surfacÄseparation (24) est disposée, à la fois dans la direction longitudinale du canal d'écoulement (32) et transversalement par rapport à la direction longitudinale du canal d'écoulement (32), avec un angle (ca ou B) aigu par rapport à l'horizontale. 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les bourrelets de retenue (25, 26, 27, 28, 29) sont réalisés avec différentes longueurs dans le sens d'écoulement du flux de produit (39). 12. Dispositif selon 'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la face supérieure de la surface de séparation (24) présente un revêtement pour empêcher les particules de matière solide de former des colloides. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le revêtement est un mélange de matière plastique et de caoutchouc.