Brevet FR2910725A1 — publié le 20080627

DISPOSITIF ET PROCEDE DE TRAITEMENT D'ACCUMULATEURS AU PLOMB NON CONCASSES A DEBIT AMELIORE L'invention concerne le domaine technique général du traitement des accumulateurs au plomb, de type batterie plomb acide. L'invention trouve avantageusement mais non limitativement application dans le domaine du recyclage des batteries usagées au plomb. PRESENTATION GENERALE DE L'ART ANTERIEUR Il a déjà été proposé des dispositifs et des procédés permettant de traiter des accumulateurs au Plomb. Le document FR 39 762, publié en 1966, décrit un procédé et un dispositif pour le traitement des accumulateurs au Plomb. Le procédé comprend une étape consistant à briser les accumulateurs en les faisant tomber d'une hauteur comprise entre 3 et 4 mètres grâce à une grue. Le procédé comprend ensuite une étape de broyage des accumulateurs dans un premier broyeur à percussion. Les débris issus du broyage sont criblés dans un crible rotatif avec une maille égale à 80 millimètres. Ce criblage permet de dissocier les séparateurs des autres constituants de l'accumulateur. Les débris de dimensions supérieures à 80 millimètres (séparateurs) sont broyés dans un second broyeur et criblés dans un cribleur rotatif de maille égale à 80 millimètres. Ce second broyage a pour but de débarrasser définitivement les séparateurs du restant de plomb qui y adhère. Ce procédé est particulièrement adapté au traitement de batteries en ébonite ou bakélite, matériaux utilisés pour la fabrication des batteries dans les années 1960. Toutefois, ce procédé a été rendu obsolète par l'arrivée des accumulateurs en polypropylène dans les années 1970. En effet, le 2910725 2 polypropylène est un matériau beaucoup moins cassant que l'ébonite ou la bakélite, ce qui a rendu les étapes de ce procédé - et notamment l'étape consistant à briser les accumulateurs en les faisant tomber d'une hauteur de 3 à 4 mètres - inadaptées aux nouvelles batteries. 5 Dans les années 1990, les normes de traitement ont en outre imposées que les accumulateurs au plomb soient traités dans leur état rempli d'électrolyte, c'est-à-dire dans leur état usagé, sans prétraitement particulier visant à vider les accumulateurs de leur électrolyte. Il a alors été proposé une multitude de procédés de traitement 10 comprenant généralement une étape de concassage fin des accumulateurs, de criblage des débris de concassage pour séparer les débris de dimensions inférieures à 80 millimètres de ceux de dimensions supérieures, et une étape de séparation pour séparer les uns des autres : les oxydes et sulfates de plomb et acides, - le métal, - le polypropylène, et - les autres plastiques. Ces procédés proposent des traitements à un débit de l'ordre de 10 à 20 tonnes d'accumulateurs par heure. Un but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de traitement d'accumulateurs au plomb permettant d'améliorer la productivité. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif plus simple et à un meilleur coût que les procédés de l'art 25 antérieur. PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit un dispositif de traitement d'accumulateurs au 30 plomb non concassés comprenant en combinaison : un broyeur primaire pour concasser grossièrement les accumulateurs, 15 20 2910725 3 un cribleur rotatif pour cribler les débris de concassage, le cribleur présentant une maille comprise entre 10 et 20 millimètres de sorte à séparer les débris grossiers des substances fines comprenant des oxydes de plomb (PbO2, PbSO4), le cribleur étant disposé en aval du broyeur primaire, un broyeur secondaire pour concasser finement les débris grossiers de sorte obtenir des fragments fins, le broyeur secondaire étant disposé en aval du cribleur. On entend, dans le cadre de la présente invention, par concassage grossier , un concassage dont les débris obtenus en sortie ont des dimensions comprises en 0 et 150 millimètres. On entend, dans le cadre de la présente invention, par concassage fin, un concassage dans lequel les débris obtenus en sortie de concassage ont des dimensions comprises entre 0 et 40 millimètres. 15 On entend, dans le cadre de la présente invention, par maille , un nombre indicateur de la grandeur nette des ouvertures dans le crible, et qui peut correspondre au diamètre des ouvertures (dans le cas d'ouverture circulaire) ou à la longueur des ouvertures (dans le cas d'ouvertures carrées, rectangulaires ou de tout autre forme). 20 On entend, dans le cadre de la présente invention, par débris grossier , un débris de dimensions supérieures à la maille du crible. On entend, dans le cadre de la présente invention, par substance fine , un débris de dimensions inférieures à la maille du crible. Des aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon 25 l'invention sont les suivants : préférentiellement, la maille du crible rotatif est comprise entre 12 et 17 millimètres, et encore plus préférentiellement de l'ordre de 15 millimètres ; le broyeur primaire est un broyeur à battoirs ; 30 le broyeur secondaire est un broyeur à marteaux ; 5 10 2910725 4 - le broyeur primaire est agencé de manière à concasser les accumulateurs en débris de dimensions inférieures ou égales à sensiblement 150 millimètres ; - le broyeur secondaire est agencé de manière à produire des 5 fragments fins de dimensions inférieures ou égales à sensiblement 40 millimètres en sortie du broyeur secondaire ; Selon une variante de réalisation, le dispositif comprend également un extracteur à racloirs en amont du broyeur primaire. Dans ce cas, le dispositif peut également comprendre un convoyeur à bande disposé 10 entre l'extracteur à racloirs et le broyeur primaire, le convoyeur comprenant au moins un racloir de nettoyage pour nettoyer la bande du convoyeur et des moyens pour récupérer les débris issus du racloir de nettoyage. Selon une autre variante de réalisation, le dispositif comprend un 15 séparateur dynamique disposé en aval du broyeur secondaire. Dans ce cas, le dispositif peut également comprendre une vis de lavage disposée entre le broyeur secondaire et le séparateur dynamique. Enfin, le dispositif peut également comprendre un séparateur statique en aval du séparateur dynamique. 20 L'invention concerne également un procédé de traitement d'accumulateurs au plomb non concassés comprenant les étapes suivantes : le concassage grossier des accumulateurs au moyen d'un broyeur primaire, 25 - le criblage des débris de concassage au moyen d'un cribleur rotatif disposé en aval du broyeur primaire, le cribleur présentant une maille comprise entre 10 et 20 millimètres de sorte à séparer les débris grossiers des substances fines comprenant des oxydes de plomb (PbO2, PbSO4), 30 le concassage fin des débris grossiers au moyen d'un broyeur secondaire disposé en aval du cribleur pour obtenir des fragments fins. 2910725 5 Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants : la maille du crible rotatif utilisé dans l'étape de criblage est préférentiellement comprise entre 12 et 17 millimètres, et encore 5 plus préférentiellement égale à 15 millimètres ; - le concassage grossier des accumulateurs peut être réalisé au moyen d'un broyeur primaire à battoirs ; le concassage fin des débris grossiers peut être réalisé au moyen d'un broyeur secondaire à marteaux ; 10 - le broyeur primaire peut être agencé de manière à concasser les accumulateurs en débris de dimensions inférieures ou égales à sensiblement 150 millimètres ; le broyeur secondaire peut être agencé de manière à produire des fragments fins de dimensions inférieures ou égales à sensiblement 15 40 millimètres en sortie du broyeur secondaire ; le procédé peut comprendre en outre une étape de lavage des fragments fins (issus de l'étape de concassage fin) au moyen d'une vis de lavage disposée en aval du broyeur secondaire, - le procédé peut comprendre en outre une étape de séparation des 20 matières métalliques et des matières plastiques au moyen d'un séparateur dynamique, - le procédé peut comprendre en outre une étape de séparation des matières plastiques en polypropylène et des matières plastiques non recyclables autres que le polypropylène. 25 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est 30 purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : 2910725 6 la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, la figure 2 illustre un mode de réalisation du procédé selon l'invention. 5 DESCRIPTION DE L'INVENTION Le dispositif et le procédé de traitement d'accumulateurs au plomb non concassés selon l'invention vont maintenant être décrits en référence aux figures 1 et 2. 10 En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend : un broyeur primaire 10, un broyeur secondaire 20 et, un crible rotatif 30 disposé entre le broyeur primaire 10 et le broyeur secondaire 20, 15 Le broyeur primaire 10 est par exemple un broyeur à battoirs. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le broyeur primaire 10 comprend 4 battoirs fixes et 2 enclumes mobiles sur lesquelles les accumulateurs sont concassés en débris de concassage. Dans certains modes de réalisation, le broyeur primaire 10 peut 20 être agencé de manière à produire des débris de concassage de dimensions inférieures à 150 millimètres. Par exemple, dans une variante de réalisation, le broyeur primaire 10 comprend un tamis de maille égale à 150 millimètres en sortie du broyeur primaire. Ainsi, seul les débris de dimensions inférieures à 150 millimètres sortent du broyeur primaire 10. 25 Le broyeur secondaire 20 est un broyeur à marteaux. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le broyeur secondaire 20 comprend 26 marteaux articulés sur rotor. Dans certains modes de réalisation, le broyeur secondaire 20 peut être agencé de manière à produire des débris de concassage de 30 dimensions inférieures à 40 millimètres. Par exemple en utilisant un tamis à maille égale à 40 millimètres en sortie du broyeur secondaire 20, 2910725 7 de sorte que seul les débris de dimensions inférieures ou égales à 40 millimètres sortent du broyeur secondaire 20. Bien entendu, l'homme de l'art sait que d'autres paramètres peuvent être en compte pour l'obtention de débris de concassage de 5 dimensions inférieures à 40 millimètres. Par exemple, la distance entre les marteaux articulés et la grille, ou la forme et les dimensions de l'enceinte du broyeur 20 contenant les marteaux peuvent être pris en compte, et notamment pour améliorer les performances du broyeur. Ainsi, les broyeurs primaire et secondaire sont agencés 10 différemment. Le broyeur primaire est adapté au concassage d'accumulateur de grandes dimensions pour les réduire en débris de dimensions inférieures ou égales à 150 millimètres. Le broyeur secondaire est adapté au concassage de débris de dimensions inférieures ou égales à 150 millimètres en fragments fins de dimensions inférieures 15 ou égales à 40 millimètres. Grâce à la combinaison d'un broyeur primaire 10 pour concasser grossièrement des accumulateurs et d'un broyeur secondaire 20 pour concasser finement les débris, le dispositif selon l'invention est capable de traiter tout type d'accumulateur plomb acide sans faire de 20 prétraitement et ce quelque soit sa dimension (batterie de camion, batterie de démarrage, etc.). Le crible rotatif 30 permet de trier les débris de concassage issus du broyeur primaire 10 selon leur taille. Le crible rotatif 30 présente une maille comprise entre 10 et 20 millimètres, préférentiellement entre 12 et 25 17 millimètres, et encore plus préférentiellement de l'ordre de 15 millimètres. Dans l'exemple illustré à la figure 1, le crible 30 est constitué d'un tamis cylindrique rotatif sur un axe incliné. En variante, le tamis du crible rotatif 30 peut être d'une autre forme et/ou présenter un axe de rotation 30 horizontal. Le tamis est pourvu d'ouvertures circulaires de diamètre sensiblement égal à 15 millimètres, de sorte que le crible rotatif 30 2910725 8 permet de séparer les débris de dimensions inférieures ou égales à 15 millimètres, des débris de dimensions supérieures à 15 millimètres. En variante, les ouvertures du tamis peuvent être d'une autre forme (carré, rectangulaire, hexagonale, etc.). 5 La combinaison du broyeur primaire, du crible rotatif et du broyeur secondaire décrits ci-dessus permet d'augmenter la productivité du dispositif, comme cela sera décrit plus en détail dans la suite en référence au procédé mis en oeuvre par le dispositif selon l'invention. Le dispositif illustré à la figure 1 comprend également une trémie 10 50 dans laquelle sont disposés les accumulateurs à traiter, et un extracteur à racloirs 40. L'extracteur à racloirs 40 comprend des racloirs 41. Chaque racloir 41 est constitué d'une plaque métallique rectangulaire. Les extrémités de chaque racloir sont fixées à des chaînes 42 sans fin qui s'enroulent sur 15 deux tambours 43 disposés, aux extrémités du logement 50. Chaîne 42 et racloirs 41 sont noyés dans la matière (accumulateurs) et l'entraînent sur le fond plat de la trémie. L'extracteur à racloirs 40 permet d'alimenter en continue et à un débit régulier le broyeur primaire 10 par l'intermédiaire d'un convoyeur 20 60. Le convoyeur 60 est par exemple constitué d'une bande 61 disposée entre deux tambours 62 en rotation. Avantageusement, le convoyeur 60 peut comprendre des moyens (non représentés) pour dégager les débris attachés à la bande 61 de 25 sorte à nettoyer la surface de la bande 61. En effet, à un débit de 50 tonnes heures, l'absence de nettoyage de la bande 61 du convoyeur 60 peut entraîner une agglomération importante de débris sur la surface de celle-ci. Les moyens de dégagement des débris peuvent comprendre des 30 raclettes (ou plaques rectangulaires) disposées sous le convoyeur 60 et en contact avec la surface de la bande 61 de manière à décrocher les débris par raclage. 2910725 9 Le dispositif peut également comprendre une goulotte (non représentée) comprenant une vis hélicoïdale. cette goulotte est disposée sous le convoyeur 60 pour récupérer les débris détachés par les moyens de dégagement. 5 La vis hélicoïdale permet le transport des débris récupérés dans la goulotte vers l'entrée du broyeur primaire 10 (ou la sortie du broyeur primaire suivant le mode de réalisation du dispositif). Enfin, dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le dispositif comprend des séparateurs dynamique 70 et statique 80. 10 Le séparateur dynamique 70 est disposé en aval du broyeur secondaire 20 et permet de trier les fragments fins en séparant les matières métalliques et les matières plastiques. Le séparateur dynamique 70 est par exemple un séparateur à vis hélicoïdale. 15 Le séparateur statique 80 est disposé en aval du séparateur dynamique 70 et permet de trier les matières plastiques en séparant les matières plastiques en polypropylène des autres matières plastiques non recyclables appelées dans la suite RCB (Rebus de Concassage de Batterie). 20 Le séparateur statique 80 comprend par exemple un bac rempli d'eau utilisant la gravité pour séparer les matières plastiques en polypropylène des RCB. En effet, la densité du polypropylène est inférieure à celle de l'eau, contrairement aux RCB, de sorte que les matières plastiques en 25 polypropylène flottent alors que les RCB coulent au fond du récipient. Ceci permet de séparer aisément les matières plastiques en polypropylène des RCB. Le principe de fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. 30 Les accumulateurs usagés sont disposés dans la trémie 50. 2910725 10 L'extracteur à racloirs 40, disposé au fond du logement 50 entraîne les accumulateurs usagés de manière à alimenter le convoyeur 60 à un débit régulier de 50 tonnes par heure. Le convoyeur 60 transporte les accumulateurs usagés jusqu'au 5 broyeur primaire 10 disposé à l'extrémité du convoyeur 60. Les raclettes décrochent les débris attachés à la surface de la bande du convoyeur 60. Les débris décrochés par raclage tombe dans la goulotte et sont entraînés par la vis hélicoïdale vers l'entrée du broyeur primaire 10. 10 Ainsi, les pertes en matériau sont limitées. Le broyeur primaire 10 concasse grossièrement les accumulateurs de sorte à obtenir des débris de dimensions comprises entre 0 et 150 millimètres. Les débris obtenus en sortie du broyeur primaire 10 sont amenés 15 sur le crible rotatif 30 qui les trie selon leur taille. Les substances fines de dimensions inférieures à 15 millimètres sont séparées des débris grossiers de dimensions comprises entre 15 et 150 millimètres. Les substances fines, qui sont principalement composées des 20 oxydes et des acides contenus dans les accumulateurs, sont ensuite traitées par un procédé de séchage (ou dewatering selon le terme anglo-saxon) connu de l'homme de l'art. Les débris grossiers sont amenés au broyeur secondaire 20 qui les concasse finement de manière à obtenir des fragments fins de 25 dimensions inférieures ou égales à 40 millimètres. En sortie du broyeur secondaire 20, les fragments fins sont amenés dans le séparateur dynamique 70 qui sépare les matières métalliques des matières plastiques. Les matières plastiques sont amenées dans le séparateur statique 30 80 qui permet la séparation des matières plastiques en polypropylène PP des autres matières plastiques RCB. 2910725 11 Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en référence au procédé illustré à la figure 2. Le dispositif est alimenté (étape 100) en accumulateurs à un débit de 50 tonnes d'accumulateurs par heure. 5 Le procédé comprend une étape de concassage grossier 200 des accumulateurs au moyen du broyeur primaire 10 pour obtenir des débris grossiers de concassage. Après l'étape de concassage grossier 200 des accumulateurs, le procédé comprend une étape de criblage 300 des débris de concassage 10 au moyen du cribleur rotatif 30 disposé en aval du broyeur primaire 10. Cette combinaison de l'étape de concassage grossier 200 et de l'étape de criblage 300 permet de séparer les débris grossiers (de dimensions comprises entre 15 et 150 millimètres) des substances fines (de dimensions comprises entre 0 et 15 millimètres). 15 Les substances fines représentent environ 62% des accumulateurs. Ainsi, pour 50 tonnes d'accumulateurs traitées, la quantité de substance fine représente environ 31 tonnes, et les débris grossiers 14 tonnes. La combinaison de ces deux étapes 200, 300 permet donc en sortie du broyeur primaire 10 d'éliminer 62% de la masse d'accumulateurs à 20 traiter. Dans une autre étape 400 du procédé, les débris grossiers sont concassés finement grâce au broyeur secondaire 20. Dans l'exemple, on a vu que les débris grossiers représentent 14 tonnes pour 50 tonnes d'accumulateurs. 25 Le broyeur secondaire 20 est de type connu de l'homme du métier. Ce type de concasseur est apte à concasser des accumulateurs à un débit maximum égal à environ 20 tonnes par heure. C'est ce type de broyeur qui est couramment utilisé pour le recyclage des batteries. Ceci explique que les procédés de recyclage 30 existants soient limités à des débits de l'ordre de 20 tonnes par heure. 2910725 12 Grâce aux étapes de concassage grossier 200 et de criblage 300 précédant l'étape de concassage fin 400, l'invention permet d'augmenter la productivité des procédés existants. On obtient, en sortie de l'étape de concassage fin 400, des 5 fragments fins de dimensions comprises entre 0 et 40 millimètres. Optionnellement, le dispositif peut comprendre une étape de lavage 500 des fragments fins en utilisant une vis de lavage (disposée entre le broyeur secondaire 20 et le séparateur dynamique 70). Cette étape de lavage 500 permet de détacher le plomb adhérant 10 aux matières plastiques et métalliques, de sorte à obtenir des produits triés plus purs (c'est-à-dire des matières plastiques et métalliques très propres présentant un faible pourcentage d'impureté et donc facilement recyclables). Dans une autre étape 600, les fragments fins sont triés grâce aux 15 séparateurs dynamique 70 et statique 80. Cette étape permet de séparer : - les matières métalliques, - les matières plastiques en polypropylène et les matières plastiques autre que le polypropylène 20 Les matières métalliques représentent environ 20% de la masse d'accumulateurs, soit un total de 10 tonnes pour 50 tonnes d'accumulateurs traités. Les matières plastiques en polypropylène représentent environ 4 h de la masse d'accumulateurs traités. On obtient donc une quantité de 2 25 tonnes de matières plastiques polypropylène pour 50 tonnes d'accumulateurs traités en sortie de l'étape de triage Il en va de même des matières plastiques autre que le polypropylène qui représentent également 4% de la masse d'accumulateur traité. 30 2910725 REFERENCES 100 Extraction et convoyage des accumulateurs usagés remplis d'électrolyte 5 200 Concassage grossier des accumulateurs au moyen d'un broyeur primaire pour obtenir des débris grossiers de concassage 300 Criblage des débris de concassage au moyen d'un cribleur rotatif disposé en aval du broyeur primaire 400 Concassage fin des débris grossiers au moyen d'un broyeur 10 secondaire disposé en aval du cribleur pour obtenir des fragments fins 500 Lavage des fragments fins (issus de l'étape de concassage fin) au moyen d'une vis de lavage disposée en aval du broyeur secondaire 600 Triage des fragments fins 13 15 REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement d'accumulateurs au plomb non concassés comprenant en combinaison : - un broyeur primaire (10) pour concasser grossièrement des accumulateurs, - un cribleur rotatif (30) pour cribler les débris de concassage, le cribleur présentant une maille comprise entre 10 et 20 millimètres de sorte à séparer les débris grossiers des substances fines comprenant des oxydes de plomb (PbO2, PbSO4), le cribleur étant disposé en aval du broyeur primaire, - un broyeur secondaire (20) pour concasser finement les débris grossiers de sorte d'obtenir des fragments fins, le broyeur secondaire étant disposé en aval du cribleur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la maille du crible rotatif (30) est préférentiellement comprise entre 12 et 17 millimètres, et encore plus préférentiellement de l'ordre de 15 millimètres ; 3. Dispositif selon l'une des revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le broyeur primaire (10) est un broyeur à battoirs. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 25 que le broyeur secondaire (20) est un broyeur à marteaux. 5. Dispositif selon l'une des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que le broyeur primaire (10) est agencé de manière à concasser les accumulateurs en débris de dimensions inférieures ou égales à 30 sensiblement 150 millimètres. 2910725 15 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le broyeur secondaire (20) est agencé de manière à produire des fragments fins de dimensions inférieures ou égales à sensiblement 40 millimètres en sortie du broyeur secondaire (20). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend également un extracteur à racloirs (40) en amont du broyeur primaire (10). 10 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un convoyeur à bande (60) disposé entre l'extracteur à racloirs et le broyeur primaire, le convoyeur (60) comprenant au moins un raclette de nettoyage de courroie pour nettoyer la bande du convoyeur et des moyens pour récupérer les débris décrochés 15 par la raclette de nettoyage. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un séparateur dynamique (70) disposé en aval du broyeur secondaire (20). 10.Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un séparateur statique (80) disposé en aval du séparateur dynamique (70). 11.Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une vis de lavage disposée entre le broyeur secondaire (20) et le séparateur dynamique (70). 12.Procédé de traitement d'accumulateurs au plomb non concassés 30 caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : le concassage grossier (200) des accumulateurs au moyen d'un broyeur primaire (10), 5 20 2910725 16 le criblage (300) des débris de concassage au moyen d'un cribleur rotatif (30) disposé en aval du broyeur primaire (10), le cribleur (30) présentant une maille comprise entre 10 et 20 millimètres de sorte à séparer les débris grossiers des substances fines 5 comprenant des oxydes de plomb (PbO2, PbSO4), le concassage fin (400) des débris grossiers au moyen d'un broyeur secondaire (20) disposé en aval du cribleur (30) pour obtenir des fragments fins. 10 13.Débris de concassage obtenu par le procédé selon la revendication 12.