Brevet FR2959428A1 — publié le 20111104

Le secteur technique de la présente invention est celui des dispositifs de séparation de particules solides à sec d'un matériau pulvérulent en particulier les dispositifs d'élimination des fines. On connaît des dispositifs de séparation de particules solides par application d'un courant ascendant. Ainsi, le brevet FR-2561140 décrit un séparateur sommaire à vent à contre-courant ayant pour but de réduire la consommation d'air de dépoussiérage et la consommation d'énergie. Pour atteindre ce but, le séparateur présente dans une chambre, en dessous de la conduite d'arrivée de la matière en vrac, un segment de paroi qui s'élargit en cône en direction de son embouchure dans le réservoir collecteur afin de délimiter une distance de freinage des particules. Le brevet FR-2785551 décrit un dispositif de séparation mécanique de grains de sable à large distribution granulométrique entrainés dans un courant de gaz turbulent à haute température issu d'un procédé de régénération thermique de sable. Le dispositif comporte une chambre de séparation pour éliminer les plus grosses particules et un dispositif de précipitation à plaques pour éliminer les particules fines restantes. Toutefois dans ce brevet, il n'y a pas de matériau pulvérulent et les particules à séparer sont présentes dans le gaz. Ce dispositif vise à éliminer d'éventuelles impuretés et ne permet pas d'éliminer les fines contenues dans le sable contrairement à l'invention. Le brevet FR-2544636 concerne un procédé et un dispositif pour le tri de produits divisés en particulier de ciment. Il s'agit ici non seulement de séparer les particules fines des particules grossières par la force centrifuge, mais également de subdiviser le produit fin en plusieurs fractions de granulométries différentes par division du flux ascendant en plusieurs courants partiels de grandeur et de vitesses différentes. Il s'agit donc ici d'un dispositif de classement par la force centrifuge additionnée d'un flux d'air, pour des grains de dimensions relativement proches. Ce dispositif n'est pas adapté à la séparation des fines contenues dans le sable contrairement à l'invention. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif qui permet l'élimination des fines à sec des matériaux pulvérulents par aspiration. L'invention a donc pour objet un dispositif comprenant une colonne d'élimination des fines reliée par un conduit d'aspiration à un dépoussiéreur équipé de filtres à manches, et un courant ascendant est appliqué dans ladite colonne afin d'aspirer vers son extrémité supérieure les particules solides plus fines appelées fines et de récupérer au niveau de son extrémité inférieure ouverte les particules solides grossières. Selon une caractéristique de l'invention, la colonne d'élimination des fines est constituée par un conduit vertical dont l'extrémité supérieure est ouverte sur le conduit d'aspiration, dont l'extrémité inférieure est ouverte sur une trémie de récupération des particules grossières et comportant sur une de ces parois latérales au niveau de son extrémité supérieure une rampe d'acheminement du matériau. Selon une autre caractéristique de l'invention, la colonne d'élimination des fines comporte sur sa paroi interne des barres de chocs et de dispersion et/ou des sabots du matériau pulvérulent. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les sabots sont constitués par des plaques horizontales fixées sur la paroi interne de la colonne d'élimination des fines, lesdites plaques étant disposées de façon décalée verticalement et situées au voisinage de l'extrémité inférieure de la colonne d'élimination des fines. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les barres de chocs sont constituées par des barres horizontales fixées sur la paroi interne de la colonne d'élimination des fines, lesdites barres étant disposées de façon décalée à la fois horizontalement et verticalement entre la rampe d'acheminement et l'extrémité inférieure de la colonne d'élimination des fines et en amont des sabots. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la colonne d'élimination des fines comporte sur sa paroi latérale un orifice pour être connecté à un ventilateur, ledit ventilateur pouvant être un ventilateur centrifuge de soufflage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la colonne d'élimination des fines comporte des trappes d'accès 5 sur sa paroi latérale. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité inférieure de la colonne d'élimination des fines est disposée à distance de la trémie pour constituer un moyen de génération d'un flux d'air à l'intérieur de ladite colonne 10 d'élimination des fines. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le conduit d'aspiration assure le transfert de l'air chargé en fines de la colonne d'élimination des fines vers le dépoussiéreur. 15 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dépoussiéreur comporte une ouverture inférieure afin d'évacuer les fines éliminées par les filtres. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le courant ascendant est produit par un ventilateur connecté au 20 dépoussiéreur, ledit ventilateur pouvant être un ventilateur centrifuge d'aspiration. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un système de réglage de débit agissant sur le ventilateur générateur du courant ascendant. 25 Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est appliqué à l'élimination des fines du sable de carrière. Un avantage du dispositif selon l'invention est qu'il permet l'utilisation de sable de carrière dans la composition 30 des bétons prêts à l'emploi, des bétons hydrauliques à destination d'ouvrages préfabriqués, des bétons hydrocarbonés, et plus généralement tout usage des sables de carrières nécessitant une faible teneur en fines. Un autre avantage du dispositif selon l'invention réside 35 dans une faible consommation d'énergie. D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre en relation avec la figure 1 qui représente le dispositif d'élimination des fines selon l'invention. Le béton hydraulique à destination des bétons prêts à l'emploi, à la préfabrication de blocs ou toute autre destination est constitué de ciment, de graviers, de sables, d'additifs chimiques et d'eau. Les sables naturels alluvionnaires ou éoliens généralement utilisés sont appréciés car les grains qui le composent sont de formes régulières, lisses et peu absorbants, assurant au béton une bonne maniabilité sans surdosage de ciment, limitant ainsi les phénomènes de retrait au moment de la prise. Cependant, dans les régions faiblement productrices de sables naturels, ces sables peuvent être remplacés partiellement ou totalement par des sables de carrière. Ces sables de carrière sont issus de concassage de roches massives dans les usines de broyage-criblage et sont la conséquence de la production de graviers. Il s'agit d'un sable dit « tertiaire » car il provient de roches broyées successivement trois fois pour obtenir des graviers tertiaires. Ces sables de carrière sont chargés en fines qui sont des particules de dimension inférieure à environ 0,063 millimètres. Dans la présente demande, les expressions « fines » ou « particules fines » désignent les particules dont les dimensions sont comprises entre environ 0 millimètres et 0,063 millimètres et l'expression « particules grossières » les particules dont les dimensions sont environ supérieures à 0,063 millimètres. La teneur en fines à hauteur de 10 à 15% en masse dans les sables de carrières présente un frein à leur utilisation dans le béton car l'excès de fines absorbe l'eau du béton, diminue la maniabilité et provoque de la microfissuration. Pour éviter ces inconvénients, la teneur en fines ne doit pas dépasser 5 à 6% en masse du sable. Pour défillériser à sec, il est nécessaire de travailler avec un sable parfaitement sec. Ce sable peut par exemple provenir directement de l'usine de production de graviers et de sable et être prélevé du silo de stockage de ces sables. Sur la figure 1, le dispositif 1 selon l'invention comprend une colonne 2 d'élimination des fines constituée par un conduit vertical 9 comportant au niveau de son extrémité supérieure 5 une rampe d'acheminement 12 du matériau. Le matériau pulvérulent à défillériser est introduit sous forme de granulats 20 via la rampe 12 et descend par gravité dans la colonne 2 traversée par un courant ascendant schématisé par les flèches F1. Les granulats 20 entrant dans le dispositif 1 présentent une granulométrie comprise entre environ 0,2 millimètres et 0,4 millimètres. Les granulats 20 sont transportés jusqu'à la rampe d'acheminement 12 par tout moyen notamment à l'aide d'un convoyeur à bande 21. Le courant ascendant F1 entraîne les plus fines particules 7 contenues dans le matériau pulvérulent vers l'extrémité supérieure 5 de la colonne 2, tandis que les particules grossières 8 plus lourdes continueront à descendre par gravité vers l'extrémité inférieure 6 afin d'être récupérées dans une trémie 10 de récupération du matériau défillérisé située sous la colonne 2. Le courant d'air entrant est schématisé par les flèches F2 et pénètre dans la colonne 2 au niveau de son extrémité inférieure 6 située à distance de la trémie 10. L'ouverture constituée par la rampe d'acheminement 12 est de dimension équivalente à la largueur du convoyeur à bande afin de limiter au maximum l'entrée d'air par cette ouverture. La presque totalité de l'aspiration se fait ainsi au niveau de l'extrémité 6 de la colonne 2. Afin de favoriser la séparation des particules grossières 8 et des fines 7, la colonne 2 d'élimination des fines comporte sur sa paroi interne des barres 13 et/ou des sabots 14 de chocs et de dispersion du matériau. Ces barres 13 contraignent le matériau à se séparer en plusieurs jets afin d'augmenter au maximum la surface spécifique du matériau au contact avec le courant ascendant F1. En effet, le choc du matériau sur les barres 13 ou sur le sable résiduel éventuellement présent sur lesdites barres 13 favorise la séparation des particules grossières 8 et des fines 7, lesdites fines 7 pouvant avoir tendance à rester collés aux particules grossières 8 par exemple à cause d'humidité résiduelle ou de forces électrostatiques. Les barres 13 sont constituées par des barres horizontales formant avec la paroi interne de la colonne un angle sensiblement de 90°. Les sabots 14 permettent également de briser la chute des granulats à l'intérieur de la colonne et de dévier leur trajectoire. Ces sabots 14 se présentent sous la forme de plaques horizontales fixées sur la paroi interne de la colonne 2 notamment disposés en vis-à-vis et décalés verticalement. La forme en plaques de ces sabots 14 permet notamment un remplissage naturel en matériau qui forme alors un tas incliné selon un angle de talutage, cette conception évitant les problèmes d'abrasion. Les sabots 14 forment avec la paroi latérale un angle sensiblement de 90°. Les barres 13 sont situées à mi hauteur à l'intérieur de la colonne 2 et les sabots 14 sont situés au voisinage de l'extrémité 6. L'abrasion dans le dispositif 1 est réduite car il y a peu de contact entre le matériau pulvérulent entrant et les éléments constituant ledit dispositif. Dès son entrée dans le dispositif 1, le matériau pulvérulent est mis en quasi suspension dans le courant ascendant F1 et les points de contact dans sa chute sont les barres 13 placées transversalement dans la colonne 2 et les sabots 14 qui eux ne sont pas en contact direct avec le matériau descendant car protégées par le matériau accumulé sous forme de tas. En outre, la vitesse maximale du courant ascendant F1 dans le conduit d'aspiration 3 est adaptée pour éviter l'usure par contact entre les particules fines 7 qui le traversent et le métal constituant ledit conduit 3. Ces mesures visant à limiter fortement l'abrasion dans le dispositif permettent de réduire l'entretien et le remplacement des tôles usées et par conséquent induisent une baisse des coûts d'entretien et un accroissement des taux d'utilisation du dispositif par une diminution des temps d'arrêt du dispositif par exemple pour l'entretien. La colonne 2 d'élimination des fines comporte sur sa paroi latérale un orifice 11 permettant de connecter un ventilateur 15 sous la rampe d'acheminement 12. Ce ventilateur 15 peut être un ventilateur centrifuge de soufflage pour produire un courant d'air pulsé schématisé par les flèches F3 qui permet une première séparation des particules fines 7 des particules grossières 8. La colonne 2 comporte également sur sa paroi latérale une ou plusieurs trappes d'accès 16 permettant notamment l'entretien du dispositif. Les fines 7 sont entraînées au travers d'un conduit d'aspiration 3 par le courant ascendant Fl vers un dépoussiéreur 4 équipé d'un filtre à manches 19. Les fines 7 sont collectées par les filtres 19 et stockées dans une trémie à fines 22 située sous le dépoussiéreur 4. Le courant ascendant Fl est produit par aspiration de l'air à l'aide d'un ventilateur 17 connecté au dépoussiéreur 4 et pouvant être un ventilateur centrifuge d'aspiration. Le débit d'air mis en jeu dans la colonne 2 est compris entre 10 000 et 30 000 m3/h et est fonction du tonnage à traiter. Le courant ascendant F1 parcourant la colonne est réglable grâce à un système de réglage de débit 18 placé en amont du ventilateur 17 qui produit le courant ascendant F1 et permettant de modifier l'aspiration. Ce système de réglage 18 peut être mécanique par exemple sous la forme d'un registre ou diaphragme ou d'un inclineur c'est-à-dire un obstacle présent dans la canalisation modulant le passage de l'air, ou électronique tel qu'un variateur de vitesse agissant sur le moteur du ventilateur 17. Ce système de réglage de débit doit permettre d'assurer un débit d'air variable de 10 000 et 30 000 m3/h. Ce réglage du courant ascendant F1, contrôlé par la mesure de la dépression dans la colonne, permet d'ajuster la quantité de fines 7 extraite du matériau. Ainsi, la dépression dans la colonne doit être de l'ordre de 300 daPa, cette dépression étant mesurée par un pressostat placé en aval de ladite colonne 2, par exemple au niveau du conduit d'aspiration 3 avant le dépoussiéreur. Plus le courant ascendant F1 parcourant la colonne 2 est puissant, plus la quantité de fine extraite et la dimension des particules qui le composent sont importants. La consommation d'énergie du dispositif est faible. En considérant dans le dispositif un convoyeur à bande, un ventilateur centrifuge d'aspiration et un ventilateur centrifuge de soufflage, la consommation est d'environ 40kW pour une production de 50 t/h de sable défillérisé. Selon un mode de réalisation particulier, la rampe d'acheminement 12 comporte des orifices à travers lesquels de l'air est pulsé, par exemple à l'aide de ventilateurs, afin de séparer les fines 7 des granulats 20 par soufflage directe. L'ensemble du dispositif selon l'invention est fabriqué en acier ou en tout matériau présentant les mêmes propriétés 15 notamment de résistance à l'abrasion. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration, caractérisé en ce qu'il comprend une colonne (2) d'élimination des fines reliée par un conduit d'aspiration (3) à un dépoussiéreur (4) équipé de filtres à manches (19), et un courant ascendant (F1) étant appliqué dans ladite colonne (2) afin d'aspirer vers son extrémité supérieure (5) les particules solides plus fines (7) appelées fines et de récupérer au niveau de son extrémité inférieure (6) ouverte les particules solides grossières (8). 2. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colonne (2) d'élimination des fines est constituée par un conduit (9) vertical dont l'extrémité supérieure (5) est ouverte sur le conduit d'aspiration (3), dont l'extrémité inférieure (6) est ouverte sur une trémie (10) de récupération des particules grossières (8) et comportant sur une de ces parois latérales (11) au niveau de son extrémité supérieure (5) une rampe d'acheminement (12) du matériau. 3. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la colonne (2) d'élimination des fines comporte sur sa paroi interne des barres (13) de chocs et de dispersion et/ou des sabots (14) du matériau pulvérulent. 4. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sabots (14) sont constitués par des plaques horizontales fixées sur la paroi interne de la colonne (2) d'élimination des fines, lesdites plaques étant disposées de façon décalée verticalement et situées au voisinage de l'extrémité inférieure (6) de la colonne (2) d'élimination des fines. 5. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les barres (13) de chocs sont constituées par des barres horizontales fixées sur la paroiinterne de la colonne (2) d'élimination des fines, lesdites barres (13) étant disposées de façon décalée à la fois horizontalement et verticalement entre la rampe d'acheminement (12) et l'extrémité inférieure (6) de la colonne (2) d'élimination des fines et en amont des sabots (14). 6. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la colonne (2) d'élimination des fines comporte sur sa paroi latérale un orifice (11) pour être connecté à un ventilateur (15), ledit ventilateur (15) pouvant être un ventilateur centrifuge de soufflage. 7. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la colonne (2) d'élimination des fines comporte des trappes (16) d'accès sur sa paroi latérale (11). 8. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure (6) de la colonne (2) d'élimination des fines est disposée à distance de la trémie (10) pour constituer un moyen de génération d'un flux d'air (F2) à l'intérieur de ladite colonne (2) d'élimination des fines. 9. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conduit d'aspiration (3) assure le transfert de l'air chargé en fines de la colonne (2) d'élimination des fines vers le dépoussiéreur (4). 10. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dépoussiéreur (4) comporte une ouverture inférieure afin d'évacuer les fines (7) éliminés par les filtres (19). 11. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon l'une quelconquedes revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant ascendant (Fl) est produit par un ventilateur (17) connecté au dépoussiéreur (4), ledit ventilateur (17) pouvant être un ventilateur centrifuge d'aspiration. 12. Dispositif (1) d'élimination des fines à sec de matériaux pulvérulents par aspiration selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un système (18) de réglage de débit agissant sur le ventilateur générateur du courant ascendant (Fl). 13. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'élimination des fines du sable de carrière.