Brevet FR2944453A1 — publié le 20101022

PROCEDE DE MONTAGE D'UN DECANTEUR POUR MATIERES MINERALES ET DECANTEUR MONTE SELON UN TEL PROCEDE L'invention a trait à un procédé de montage d'un décanteur pour matières minérales. Elle concerne également un décanteur monté selon un tel procédé. Un décanteur est utilisé pour séparer l'eau des matières minérales en suspension dans les eaux de lavage. Un décanteur classique comprend au moins une cuve de décantation et une cuve de clarification. De tels décanteurs sont utilisés pour le traitement des eaux de lavage des matériaux extraits des mines, des carrières et des sablières, ainsi que pour le traitement des eaux de chantier. On utilise également ces cuves de décantation et de clarification dans l'industrie minière, pour réaliser l'épaississement des argiles et d'autres matériaux de faibles granulométries, couramment dénommés fines, qui peuvent alors être valorisés, comme par exemple les kaolins. Ces cuves de décantation et de clarification ont des dimensions adaptées pour traiter, en général, de 150 m3 à 1600 m3 de liquides chargés. En une heure de décantation, les liquides traités contiennent jusqu'à 80 t de matière en suspension. Les cuves de décantation sont de forme cylindrique, à section circulaire, d'une hauteur comprise entre 2 m et 5 m et d'un diamètre compris entre 5 m et 25 m. Les cuves de clarification sont également cylindriques, à section circulaire, mais de dimensions moindres. Leurs hauteurs sont comprises entre 2 m et 5 m pour un diamètre allant de 3m à 20 m. Ces cuves de décantation et de clarification sont réalisées à partir de panneaux métalliques. Du fait de leurs dimensions et de leurs poids lorsqu'elles sont remplies, elles doivent être posées sur un socle stable. En l'espèce, les parois de chaque cuve reposent dans une rainure circulaire ménagée dans une dalle en béton. L'alimentation en liquide chargé se fait par le haut de la cuve de décantation. Cette cuve est pourvue, en partie supérieure, d'un trop plein alimentant, par le haut, la cuve de clarification. Un arbre vertical, rotatif, est monté coaxialement avec l'axe central de la cuve de décantation. Cet arbre est pourvu d'une barre de raclage montée perpendiculairement à l'arbre. Cette barre, d'une longueur voisine du diamètre interne de la cuve de décantation, est située au voisinage du fond de cette dernière. La barre de raclage permet de rassembler les boues décantées contenant les matières solides, et de les diriger dans un entonnoir central réalisé dans la dalle, au niveau du centre de la cuve. Cet entonnoir, de facto situé dans le prolongement de l'arbre, est relié par un tuyau d'aspiration, logé dans une rainure, rectiligne, pentue et creusée dans la dalle, à une pompe. Cette pompe est située à l'extérieure de la cuve et elle aspire les boues décantées et les dirige vers une zone de stockage. Si besoin, on dispose en cascade plusieurs cuves de décantation et/ou de clarification pour obtenir la clarification voulue. Le montage des cuves de décantation et de clarification nécessite, au préalable, la réalisation d'une dalle en béton dont les parties creusées, à savoir les rainures et l'entonnoir, doivent être réalisées de manière précise, tant au niveau des pentes, que de leurs positions pour que l'entonnoir soit situé exactement sous l'arbre de rotation de la barre de raclage, que le tuyau d'aspiration ne touche pas la barre de raclage lorsque celle-ci est en rotation et pour que les extrémités inférieures des parois des cuves soient maintenues dans les rainures circulaires. L'étanchéité est obtenue par un solin de ciment coulé dans la rainure circulaire. En d'autres termes, le montage de cuves de décantation et de clarification nécessite des travaux de génie civil relativement longs et précis, donc d'un coût élevé. Par ailleurs, de telles cuves ne permettent pas d'avoir, après démontage, une dalle réutilisable telle qu'elle, par exemple pour servir de sol à un bâtiment. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un procédé de montage d'un décanteur aisé à réaliser et minimisant les coûts de génie civil. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de montage d'un décanteur pour matières minérales, comprenant au moins une cuve de décantation et une cuve de clarification, comportant au moins les étapes suivantes : - a) réaliser une dalle en béton adaptée pour recevoir les cuves de décantation et de clarification, - b) monter au moins une cuve de décantation et une cuve de clarification sur la dalle ainsi réalisée, le fond des cuves étant formé par une partie de la face supérieure de la dalle, caractérisé en ce que, - lors de l'étape a), la face supérieure de la dalle réalisée est plane et dépourvue de relief, qu'il soit positif ou négatif. En réalisant une dalle dont la face supérieure est plane, on minimise les coûts de génie civil et on facilite la réutilisation d'une telle dalle, après le démontage des cuves. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé peut incorporer au moins une des étapes suivantes : - lors de l'étape b), on dispose, autour de l'extrémité inférieure de chaque cuve, un organe de maintien. - L'organe de maintien, utilisé lors de l'étape b), est en forme de bague pourvue d'un voile s'étendant vers l'extérieur de la bague et en appui sur la dalle lorsque l'organe de maintien est en position. - Lors d'une étape supplémentaire c), on insère un joint d'étanchéité entre la dalle et l'organe de maintien et/ou les extrémités inférieures des cuves. - On laisse s'accumuler une couche de matières minérales décantées sur le fond de la cuve de décantation, de façon à immobiliser dans cette couche un organe de collecte et un tuyau d'aspiration des matières minérales décantées. - On laisse s'accumuler les matières minérales décantées entre le fond de la cuve de décantation et un organe de raclage des matières minérales décantées. - Les matières minérales décantées, présentes entre l'organe de raclage et le fond de la cuve de décantation, participent à l'étanchéité et au maintien en forme de la cuve. L'invention concerne également un décanteur pour matières minérales comprenant au moins une cuve de décantation et une cuve de clarification, monté selon un procédé conforme à l'une des caractéristiques précédentes. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel décanteur peut incorporer au moins une des caractéristiques suivantes : - La cuve de décantation est pourvue d'un organe de raclage des matières minérales décantées, monté rotatif autour d'un arbre de rotation, coaxial à un axe central vertical de la cuve, et situé à une distance définie au dessus du fond de la cuve. - L'organe de raclage comprend, à une extrémité de l'arbre de rotation, un organe creux adapté pour collecter les matières minérales décantées, en forme de prisme dont une pointe est en appui sur le fond de la cuve de décantation. - L'organe prismatique de collecte est relié, par un tuyau d'aspiration, à une pompe d'aspiration située à l'extérieur de la cuve. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un procédé et d'un décanteur conformes à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'un décanteur en place sur une dalle 15 réalisée selon un procédé de montage conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de coté du décanteur de la figure 1, l'organe de raclage étant représenté en traits mixtes, - la figure 3 est une coupe selon le plan III-III à la figure 1 de la seule cuve de décantation et 20 - les figures 4 à 6 sont des vues schématiques, partielles, à plus grande échelle, de l'extrémité inférieure d'une cuve, de décantation ou de clarification, selon divers modes de réalisation d'une étape de mise en place d'un joint d'étanchéité. La dalle 1, illustrée à la figure 1, est réalisée, lors d'une première étape a), 25 selon des techniques de génie civil, connues en soi, de manière que sa face supérieure 2, en l'espèce la face externe de la dalle, soit plane, horizontale et dépourvue de tout relief, tant positif que négatif. En d'autres termes, sa face supérieure 2 n'est ni rainurée ni creusée. Les éléments constitutifs des parois de la cuve de décantation 3 et de la 30 cuve de clarification 4, illustrées aux figures 1 à 3, comprennent des plaques P de tôles cintrées qui sont assemblées entre elles de manière étanche, lors d'une deuxième étape b). Cet assemblage est effectuée par des techniques connues en soi, par exemple par rivetage, soudage, boulonnage de sorte que la cuve de décantation ou de clarification ainsi montée est cylindrique et à section circulaire. Pour cela, les plaques sont assemblées en quinconce. Des cornières horizontales et verticales assurent la rigidification et l'étanchéité des liaisons entre les plaques. Certaines cornières verticales 50 sont visibles aux figures 2 et 3. Le maintien en forme des cuves 3 et 4, en position verticale, est complété par un organe de maintien 5. Cet organe 5 est monté au niveau des extrémités inférieures 6 et 7, respectivement, des parois 8 et 9 des cuves 3 et 4 qui sont en appui sur la dalle 1, c'est à dire au niveau des pieds 6 et 7 des cuves 3 et 4. Cet organe de maintien, ou virole 5, est représenté, à plus grande échelle, aux figures 4 à 6. Il comprend un corps principal 10 ou bague entourant le pied 6 ou 7 de chaque cuve 3 ou 4. La bague 10 est, avantageusement, réalisée à partir de plusieurs éléments, métalliques cintrés, reliés entre eux par des techniques connues en soi telles que le soudage. Cette bague 10, aplatie, a un diamètre interne légèrement supérieure au diamètre externe du pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4, de sorte que la bague 10 entoure le pied de la cuve. La face interne 51 de la bague 10 étant en contact avec la face externe 52 du pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4, à jeu minimal. La bague 10 est pourvue, en partie basse, d'un voile 11 s'étendant perpendiculairement vers l'extérieur de la bague 10. En d'autres termes, en section, l'organe de maintien 5 est configuré en L. Avantageusement, les branches du L sont de même longueur. En variante, elles ont des longueurs différentes. Le voile 11 est en appui contre la face supérieure 2, plane, de la dalle 1. Cet organe de maintien 5 forme un renfort du pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4 participant au maintien de la forme cylindrique de la cuve en préservant son diamètre nominal. En d'autres termes, cet organe de maintien 5 évite toute déformation du pied de la cuve, tout en participant à son étanchéité. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, la bague 10 est montée en premier sur la dalle 1, la cuve 3 ou 4 étant montée ensuite, dans l'espace circulaire délimité par la bague 10. En variante, la bague 10 est montée après le montage de la cuve 3 ou 4. Avantageusement, comme illustré aux figures 4 à 6, l'organe de maintien 5 est fixé, en usine, sur les plaques P constitutives des pieds 6 ou 7 des cuves 3 ou 4. Ainsi, lors du montage des cuves 3 ou 4, on effectue simultanément le montage de l'organe de maintien 5. La mise en place de l'organe de maintien 5 autour de la cuve 3 ou 4 est ainsi optimisée. Lors d'une étape supplémentaire c), l'étanchéité est réalisée entre, d'une part, le fond 12 ou 13 respectivement de chaque cuve 3 ou 4, c'est-à-dire une partie de la dalle 1, et, d'autre part, l'organe de maintien 5 et le pied 6 ou 7 de chaque cuve 3 ou 4. Cette étanchéité est obtenue par un joint 14, 15, 16, réalisé par exemple selon un des modes de réalisation illustrés aux figures 4 à 6. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, le joint 14 est en forme de solin et réalisé par exemple en élastomère. Il est monté à l'intérieur de la cuve 3 ou 4, entre la dalle 1 et le pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'utiliser un joint sous le voile 11 de l'organe de maintien 5. En d'autres termes, si l'organe de maintien 5 n'est pas, d'origine, fixé sur le pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4, il est possible de le mettre en place soit avant soit après le montage de la cuve 3 ou 4, ceci n'affectant pas l'étanchéité. Lorsqu'on utilise le joint 15 ou 16, situé sous l'organe de maintien 5, comme dans les modes de réalisation illustrés aux figures 4 et 5, ceci induit la mise en place du joint 15 ou 16 préalablement à la mise en place de la virole 5 et au montage de la cuve 3 ou 4. Ce joint 15 ou 16 est placé entre la dalle 1, le pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4 et le voile 11 de la virole 5. A la figure 5, le joint 15 a une extrémité 150 configurée globalement en triangle et qui se trouve à l'intérieur de la cuve 3 ou 4. En d'autres termes, le joint 15 comprend un solin intérieur 150 au niveau du pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4. Le joint 15 se prolonge sous le voile 11 de l'organe de maintien 5. Chaque extrémité du joint 16 peut se terminer, comme représenté à la 30 figure 6, par des boudins 160, un à l'extérieur de la virole 5, l'autre à l'intérieur de la cuve 3, 4. Le joint 14, 15 ou 16 est, avantageusement, réalisé en un matériau souple et inerte vis-à-vis des produits à décanter. De plus, le joint 14, 15 ou 16 participe à la fixation de l'organe de maintien 5 sur la dalle 1. Il s'agit par exemple d'un élastomère. Dans tous les cas, la forme et/ou les dimensions du joint 14, 15 ou 16 sont adaptées à la forme et/ou aux dimensions de la cuve 3 ou 4 ainsi qu'à la nature des matières à décanter. La cuve de décantation 3 est équipée d'un arbre de rotation 17 sur lequel est monté un organe de raclage 18. L'arbre de rotation 17 est monté verticalement, en position centrale dans la cuve 3. L'arbre de rotation 17 est donc coaxial avec un axe principal A-A' de la cuve 3. L'organe de raclage 18 est constitué d'une barre 19 équipée d'une vis de raclage 20. Cette barre 19 s'étend selon le diamètre interne Di de la cuve 3. Elle est montée sur l'arbre de rotation 17 parallèlement au fond 12 de la cuve 3 donc, en l'espèce, parallèlement à la face supérieure 2 de la dalle 1. Une extrémité 21 de l'arbre 17 repose directement sur la dalle 1. Cette extrémité est de forme prismatique. Une face, en l'espèce la pointe aplatie 22 du prisme 21, est en appui sur la dalle 1. Cette extrémité prismatique, creuse, forme un organe de collecte 21 des matières solides décantées. Cet organe est également désigné par l'expression � cône de pompage 21 �. Cet organe est posé au centre du fond 12 de la cuve 3. Il est ouvert dans sa partie supérieure. II collecte ainsi les matières minérales décantées, dirigées par la vis de raclage 20 en direction du centre C du fond 12 de la cuve 3. Le cône de pompage 21 est immobile et forme un point d'appui pour l'arbre 17 qui, lui, est rotatif et entraîne la barre de raclage 19 selon une rotation dans le sens trigonométrique inverse, dans le sens de la flèche F, à la figure 3. En variante, le sens de rotation de la barre de raclage 19 est le sens trigonométrique. Dans ce cas, la configuration de la vis de raclage 20 est adaptée pour assurer la collecte des matières minérales décantées en direction du centre C du fond 12 de la cuve. Les matières minérales ainsi collectées dans le cône 21 sont évacuées à l'extérieur de la cuve 3. Pour cela, le cône de pompage 21 est relié par un tuyau 23, disposé au dessus du fond 12 de la cuve 3 et sous la vis de raclage 20, à une pompe d'aspiration 24 située à l'extérieur de la cuve 3. Le cône de pompage 21 collecte ainsi les boues amenées en partie centrale par la vis de raclage 20 lors du mouvement de rotation de la barre de raclage 19. Pour assurer cette collecte des matières minérales décantées, sous forme de boues, la vis de raclage 20 est configurée afin que le bord extérieur inférieur 200 de la vis 20 soit aligné selon deux lignes LI et L2 inclinées en direction du centre C du fond 12 de la cuve 3, c'est-à-dire en direction de la pointe 22 du cône de pompage 21. La vis de raclage 20 est disposée au dessus du tuyau d'aspiration 23, sans être en contact avec ce dernier. Avantageusement, la vis de raclage 20 est située entre 3 cm et 30 cm au dessus du tuyau. Il est à noter que, lorsque la vitesse de pompage, par la pompe 24, des boues décantées est trop faible, le racleur 18 peut être immergé dans la couche de matières minérales décantées. Pour remédier à cela, la barre de raclage 19, est avantageusement, relevable. En d'autres termes, elle est mobile en translation le long de l'arbre 17. Une telle barre de raclage 19 implique, par sa configuration, qu'une partie des boues s'accumule au fond 12 de la cuve de décantation 3, en une couche dont la face supérieure est incurvée en direction du cône de pompage 21. La courbure de la face supérieure de cette couche de matières minérales décantées permet de ramener les matières minérales vers le cône de pompage 21. Dans le cas de cuves 3 de grandes dimensions, la barre de raclage 19 est pourvue de contre pales adaptées pour éviter une accumulation, au centre, de matières minérales décantées. En d'autres termes, le racleur 18 permet d'uniformiser l'épaisseur de la couche de matières minérales décantées. La couche de matières minérales décantées a une épaisseur minimale voisine du diamètre extérieure du tuyau d'aspiration 23 et une épaisseur optimale définie par les lignes LI et L2. Cette couche de matières minérales accumulées au fond 12 de la cuve 3 varie ainsi entre quelques centimètres au centre et jusqu'à la demi-hauteur de la cuve 3, dans le cas où une barre de raclage 19 est immergée dans la couche de matières minérales décantées. Le passage répété du racleur 18 permet d'assurer le compactage des matières minérales décantées. Le surnageant, à savoir le liquide clarifié, est évacué par un trop plein 25 formant un déversoir, situé en partie haute de la cuve de décantation 3, et alimentant la cuve de clarification 4. Du fait de la nature minérale des matières décantées, le compactage permet de former une couche de fond relativement dense. Cette couche participe au maintien en position de la cuve 3 en créant sur la face interne 60 du pied 6 de la cuve 3 une pression opposée à celle exercée par l'organe de maintien 5 sur la face externe 52 du pied 6 de la cuve 3. De plus, cette couche assure le maintien en place du cône de pompage 21 et elle participe également au maintien en position du tuyau d'aspiration 23, évitant que ce dernier se déplace sur le fond 12 de la cuve 3. Il y a ainsi un autopositionnement de ces éléments 21 et 23, grâce à la couche de fond formée par les matières minérales. Par ailleurs, cette couche compacte de matières minérales participe à l'étanchéité entre la cuve 3 et la dalle 1. En d'autres termes et de manière surprenante, la présence, en permanence, d'une couche de matières minérales au fond 12 de la cuve 3 facilite le maintien en position des différents éléments présent dans la cuve 3 tout en rigidifiant et en étanchéifiant le pied 6 de la cuve 3. La cuve de clarification 4 étant de dimensions moindres et ne recevant pas ou peu de matières minérales, elle n'est pas pourvue d'organe de raclage. De ce fait, la charge d'une cuve de clarification 4 est moins élevée que celle d'une cuve de décantation 3. De plus, il s'agit d'une cuve sans ouverture vers l'extérieur hormis sa partie supérieure. Ainsi, l'étanchéité entre la dalle 1, c'est-à-dire le fond 13 de la cuve 4, et le pied 7 de la cuve, est parfaitement réalisée par un joint 14, 15 ou 16. De même, l'organe de maintien 5 suffit à rigidifier le pied 7 de cette cuve 4. Un tel procédé de montage permet de réaliser un décanteur, sans nécessiter des travaux de génie civil importants. Avec un tel procédé, le démontage d'une cuve 3 ou 4 est aisé. Il suffit de démonter l'organe de maintien 5, lorsque celui-ci n'est pas fixé de manière définitive au pied 6 ou 7 de la cuve 3 ou 4, puis les parois pour, dans le cas de la cuve de décantation 3, accéder à la couche de matières minérales. On peut évacuer cette couche qui est, certes compacte mais friable car toujours humide, par des moyens connus en soi. On peut alors dégager le cône de pompage 21, le tuyau d'aspiration 23, pour éventuellement une réutilisation ultérieure. On restitue ainsi une dalle 1 dont la face supérieure 2 est plane, en vue d'une utilisation ultérieure. Le démontage de la cuve de clarification 4 est encore plus aisée puisqu'il n'y a ni organe de raclage 18 ni cône de pompage 21, ni tuyau d'aspiration 23, ni couche de matières minérales à évacuer. REVENDICATIONS1. Procédé de montage d'un décanteur pour matières minérales, comprenant au moins une cuve de décantation (3) et une cuve de clarification 5 (4), comportant au moins les étapes suivantes : - a) réaliser une dalle (1) en béton adaptée pour recevoir les cuves de décantation (3) et de clarification (4), - b) monter au moins une cuve de décantation (3) et une cuve de clarification (4) sur la dalle (1) ainsi réalisée, le fond (12, 13) des cuves (3, 4) 10 étant formé par une partie de la face supérieure (2) de la dalle (1), caractérisé en ce que, lors de l'étape a), la face supérieure (2) de la dalle (1) réalisée est plane et dépourvue de relief, qu'il soit positif ou négatif. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de l'étape 15 b), on dispose, autour de l'extrémité inférieure (6, 7) de chaque cuve (3, 4), un organe de maintien (5). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de maintien (5), utilisé lors de l'étape b), est en forme de bague (10) pourvue d'un voile (11) s'étendant vers l'extérieur de la bague (10) et en appui sur la dalle (1) 20 lorsque l'organe de maintien (5) est en position. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors d'une étape supplémentaire c), on insère un joint d'étanchéité (14, 15, 16) entre la dalle (1) et l'organe de maintien (5) et/ou les extrémités inférieures (6, 7) des cuves (3, 4). 25 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on laisse s'accumuler une couche de matières minérales décantées sur le fond (12) de la cuve décantation(3), de façon à immobiliser dans cette couche un organe de collecte (21) et un tuyau d'aspiration (23) des matières minérales décantées. 30 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on laisse s'accumuler les matières minérales décantées entre le fond (12) de la cuve de décantation (3) et un organe de raclage (18) des matières minérales décantées. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les matières minérales décantées, présentes entre l'organe de raclage (18) et le fond (12) de la cuve de décantation (3), participent à l'étanchéité et au maintien en forme de la cuve (3). 8. Décanteur pour matières minérales, comprenant au moins une cuve de décantation (3) et une cuve de clarification (4) monté selon un procédé conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve de décantation (3) est pourvue d'un organe de raclage (18) des matières minérales décantées, monté rotatif (FI) autour d'un arbre de rotation (17), coaxial à un axe central vertical (A-A') de la cuve (3), et situé à une distance définie au dessus du fond (12) de la cuve (3). 9. Décanteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe de raclage (18) comprend, à une extrémité de l'arbre de rotation (17), un organe creux (21) adapté pour collecter les matières minérales décantées, en forme de prisme dont une pointe (22) est en appui sur le fond (12) de la cuve de décantation (3). 10. Décanteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'organe de collecte prismatique (21) est relié, par un tuyau d'aspiration (23), à une pompe d'aspiration (24) située à l'extérieur de la cuve (3).