Brevet FR3012477A1 — publié le 20150501

L'invention concerne un procédé et une installation de mise en oeuvre de ce procédé pour le désencrage en vue du recyclage de vieux papiers mais également pour l'élimination de substances hydrophobes. Tout particulièrement, les vieux papiers ou papiers récupérés peuvent être recyclés en nouveaux papiers grâce à des installations permettant d'épurer ces vieux papiers. D'une manière usuelle, le procédé mis en oeuvre par ces installations consiste, tout d'abord, à mélanger ces vieux papiers avec de l'eau dans un pulpeur, tout en y ajoutant des agents chimiques adaptés. Le papier est alors désagrégé par effet mécanique et les fibres de cellulose sont remises en suspension aqueuse avant qu'interviennent les différentes opérations ayant pour but de le libérer de ses différents contaminants. Ainsi, des principes de séparation par écart de densité sont appliqués pour séparer les composants lourds des composants légers. De même, des moyens de filtration sont fréquemment utilisés pour séparer les particules en fonction de leurs tailles. Ainsi, par exemple, il peut être utilisé des épurateurs sous pression avec tamis à ouvertures ou à trous, voire des laveurs à toile, pour assurer cette fonction. Enfin, des cellules de flottation à air dispersé mettent à profit les propriétés hydrophobes distinctes des composants en présence pour assurer leur séparation. Les différentes opérations précitées sont habituellement effectuées les unes derrière les autres sur une ligne de traitement dimensionnée pour traiter le débit global de pâte à papier. Dans le cas plus spécifique du recyclage de papier encré (journal, magazine, papier de bureau,...), l'enlèvement de l'encre en tant que contaminant est prioritaire : c'est le procédé de « désencrage ». Cette encre se trouve déposée à la surface du papier lors de son impression. Si cette surface du papier n'est composée que de fibres, l'encre va se déposer sur celles-ci. Par contre si cette surface du papier comporte une couche de charges (carbonate de calcium, kaolin,...), l'encre va se déposer sur cette dernière et non directement sur les fibres. S'il existe de multiples procédés d'impression (offset, helio, sur divers supports papier, les uns et les autres ont des conséquences sur les opérations de désencrage lors du recyclage du papier. Quoi qu'il en soit, lors du pulpage du papier recyclé, les composants du papier se séparent par l'hydratation et les chocs mécaniques. Parmi ces composants on distingue: les fibres de 10 cellulose, qu'elles soient longues, moyennes ou courtes, les fines, essentiellement composées de fragments de cellulose trop petits pour être qualifiés de fibre, les charges minérales et les contaminants que sont, par exemple, les particules de plastiques, bûchettes de bois, les encres et les stickies qui 15 sont des résidus divers fractionnés ou ré-agglomérés mais aussi de composants chimiques présents dans la matière première et/ou rajoutés dans le processus de fabrication de la matière traitée. En ce qui concerne les encres, elles ne se fragmentent pas totalement et, selon le cas, le mode opératoire change. 20 L'encre désagrégée en petites particules peut être facilement éliminée par flottation ou lavage. A l'inverse, la flottation est moins efficace sur l'encre restée sous forme de grosses particules, appelées points noirs ou sous forme micronisée voire dissoute. Le document FR2 963 627 divulgue une 25 solution de prétraitement, permettant d'opérer une telle réduction dans un procédé parallèle, puis de réunir l'ensemble dans un même procédé de flottation. Différentes techniques sont actuellement mises en oeuvre pour éliminer les particules d'encre par flottation. A ce 30 propos, on connait par le document EP-0 674 040 un procédé de désencrage de pâte à papier dans lequel on fait circuler de haut en bas un flux de pâte à papier et, en sens inverse, de bas en haut, un flux de bulles d'air, sachant que la masse de pâte à papier subit des étapes de recyclage successives dans des étages 35 situés les uns au-dessus des autres dans une même cellule. En somme, le flux de bulles d'air, injecté en bas de cellule, vient traverser successivement, dans chaque étage, la masse de pâte à papier, laquelle entre, au niveau d'un étage, par une entrée pour en être prélevée en contrebas au niveau d'une sortie, afin d'être réinjectée à hauteur de l'entrée de l'étage suivant placé immédiatement en-dessous. Des pompes assurent cette reprise de la pâte à papier à chaque étage, sachant qu'à ce niveau peut également intervenir une nouvelle injection d'air, si nécessaire. En partie supérieure de la cellule, on récupère la mousse qui s'y est formée et qui a entraîné les particules hydrophobes dont l'encre. De telles cellules de flottation se sont avérées particulièrement efficaces et d'un rendement élevé en comparaison à des installations comportant, pour chaque étage de flottation, des unités de traitement distinctes installées côte à cote. Le document FR2 963 627 divulgue par ailleurs un procédé similaire de flottation dans un dispositif non plus circulaire mais rectangulaire allongé, que nous appellerons procédé linéaire par opposition au procédé circulaire, comportant une enceinte de forme parallélépipédique subdivisée, en étages horizontaux par l'intermédiaire de séparateurs à ouvertures au travers desquelles les bulles d'air d'un étage inférieur, peuvent pénétrer dans l'étage supérieur afin de traverser le flux de matière circulant dans ce dernier. Précisément, au niveau de chaque étage, le flux de matière pénètre au niveau d'un orifice d'entrée à une extrémité latérale de l'unité de flottation pour en sortir au niveau d'un orifice de sortie à l'extrémité latérale opposée et regagner, au niveau de cette même extrémité latérale et par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée, l'étage suivant et ainsi de suite. Dans le but d'optimiser la capacité d'élimination des particules hydrophobes, il est nécessaire de procéder a des aérations successives de la matière en utilisant par exemple des injecteurs à effet Venturi sachant que la capacité d'ajout d'air de l'injecteur est fortement réduite en cas de présence d'air résiduel dans la matière avant injection. La présente invention a pour but l'amélioration des installations de désencrage de vieux papiers et/ou de substances 5 hydrophobes grâce à la mise en oeuvre d'un procédé de traitement optimisé. Ainsi, c'est dans le cadre d'une démarche inventive qu'on a imaginé un procédé de traitement prévoyant, à la fin de chaque étape de traitement sur un étage, une étape de désaération sans 10 aération complémentaire provenant de ou des étages suivants de la matière à traiter. L'objectif de cette étape complémentaire est d'éviter au mieux que certaines bulles d'air pénètrent dans la couche de pâte à papier au niveau d'un étage, et restent piégées dans la 15 pâte à papier pour revenir à l'étage inférieur en traversant l'injecteur. En effet au fur et à mesure qu'elles montent dans les étages, les bulles d'air sont de plus en plus chargées en encre, ce qui fait que leur efficacité à capter de l'encre supplémentaire baisse. Au contraire, la pâte à papier devient de 20 plus en plus propre au fur et à mesure qu'elle descend dans les étages. Ainsi une bulle d'air entrainée vers le bas avec la pâte à papier viendrait polluer l'étage inférieur, et réduirait ainsi la performance globale. Dans une seconde démarche inventive, il a été imaginé de 25 mettre à profit une installation de flottation étagée linéaire, pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. C'est en effet en allant à l'encontre des usages de l'homme du métier préférant impulser de l'air par des ouvertures réparties sur l'ensemble de l'étage, pour optimiser la 30 pénétration de l'air dans la pâte à papier, qu'on a imaginé préserver une zone précédent la sortie de la matière à traiter, de chaque étage avec un plancher étanche. La longueur de ce plancher étanche est définie avec pour objectif de permettre que les bulles d'air ayant pénétré par les ouvertures du séparateur 35 dans la matière à traiter aient dans leur très grande majorité le temps de traverser la couche de matière avant que celle-ci soit envoyée dans l'étage en dessous à travers un nouvel injecteur. Un séparateur selon l'état de la technique est muni d'ouvertures plus rapprochées aux étages supérieurs pour permettre le passage d'une plus grande quantité d'air. Il est clair qu'entre deux ouvertures, le séparateur est étanche. La notion d'un plancher étanche en sortie d'étage doit donc être comprise comme une configuration permettant un temps de parcours sans introduction de bulles d'air dans la matière avant sa sortie d'un étage lui permettant d'être très majoritairement désaérée. Par exemple la longueur du plancher étanche sera nettement supérieure à la distance entre deux ouvertures, en particulier au moins deux fois supérieure, par exemple six fois cette distance. A cet effet, l'invention concerne un procédé de flottation multi étages, de préférence linéaire, en série pour l'élimination de particules hydrophobes, comportant une étape d'introduction d'une couche de matière à traiter aérée ou non par des injecteurs, ladite couche provenant soit d'un étage supérieur (3, 3A, 3B, 3C) soit directement de l'entrée du système (El). Ce procédé est particulier en ce qu'au niveau des étages supérieurs (3, 3A, 3B, 3C) le procédé se poursuit par quatre étapes complémentaires : une étape d'aération provenant de l'extraction de l'air des étages inférieurs et de re-mélange et de diffusion de l'air au travers de la couche introduite, une étape de mélange, combinant à la fois aération remélange, diffusion et désaération ordonnée par extraction une étape de d'introduction dispersé vers qui est ainsi supérieurs désaération dans laquelle il n'y a plus d'air, et permettant l'évacuation de l'air les étages supérieurs (3, 3A, 3B, 3C) ou de l'air de la couche introduite réintroduite dans les étages immédiatement dans le cas de l'étage (3) situé le plus haut, zone d'évacuation des mousses. une étape de récupération de la matière désaérée. vers une Grâce à ces disposition on obtient une désaération améliorée audit étage, ce qui réduit la quantité des encres et adhésifs libres recyclées vers l'étage inférieur, et permet in fine une meilleure élimination des particules indésirables. L'invention s'applique particulièrement bien à un procédé linéaire, mais pourrait être mis en oeuvre également sur un procédé circulaire. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, à chaque étage supérieur, la durée de l'étape de désaération peut 10 être d'au moins 20% de la durée de l'étape d'aération, conférant une désaération optimisée au procédé. L'invention concerne encore une installation de flottation multi étagée, de préférence linéaire, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, chaque étage supérieur comportant un 15 séparateur à ouvertures agencées pour laisser passer des bulles d'air provenant de l'étage immédiatement inférieur, et une sortie agencée pour extraire la matière à traiter en vue de son recyclage vers l'étage immédiatement inférieur, caractérisée par le fait qu'au moins un étage supérieur comporte un plancher 20 étanche adjacent à sa sortie. Grâce à ces disposition on obtient une désaération améliorée audit étage, ce qui réduit la quantité des encres et adhésifs libres recyclées vers l'étage inférieur. Selon d'autres caractéristiques : 25 - la longueur dudit plancher étanche (5) peut être d'au moins 20% de la longueur dudit séparateur (6) à ouvertures, permettant une désaération optimisée, - ledit séparateur peut comporter en outre une zone de mélange, diffusion et dispersion de l'air dans la matière à 30 traiter, une zone d'entrainement et de mélange de bulles provenant de l'étage inférieur et d'accumulation de bulles en partie haute, et une zone d'entrainement et de mélange de bulles provenant de l'étage inférieur et d'évacuation des bulles vers l'étage supérieur ou vers une zone d'accumulation 35 des mousses, conférant une meilleure efficacité au séparateur, - chaque étage supérieur peut comporter un plancher étanche adjacent à sa sortie, optimisant ainsi la désaération à chaque étage supérieur, - la longueur des planchers étanches est croissante en descendant les étages, permettant ainsi une désaération de qualité croissante au fur et à mesure du traitement. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, se rapportant à un exemple de réalisation donné à titre indicatif 10 et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin ci-joint : - la figure 1 est une représentation schématisée d'une installation mettant en oeuvre ce procédé; 15 Telle que représentée dans le schéma de la figure ci- jointe, la présente invention entre dans le domaine du traitement de vieux papiers en vue de leur recyclage. Ainsi, l'invention concerne plus particulièrement une partie d'un procédé de séparation de particules hydrophobes. 20 A ce propos, l'installation consiste en une unité de flottation 1, mettant à profit le caractère plus ou moins hydrophobe des particules en présence pour en retirer certaines d'entre elles, par exemple les particules d'encre et d'adhésifs. Le principe même mis en application dans une telle unité de 25 flottation 1, consiste, préférentiellement, à faire traverser le flux de matière à traiter entrant dans cette unité de flottation 1 par un flux de bulles d'air qui, au contact des particules hydrophobes, entraîne ces dernières. La matière à traiter peut par exemple consister en des vieux papiers, en vue de leur 30 recyclage. Cette unité de flottation 1 consiste en une cellule disposée en long comportant une enceinte 2 de forme parallélépipédique subdivisée, verticalement, en étages 3, 3A, 3B, 3C, 3D par l'intermédiaire de séparateurs 6 à ouvertures 4 35 au travers desquelles les bulles d'air d'un étage inférieur 3A, 3B, 3C, 3D peuvent pénétrer dans l'étage supérieur 3, 3A, 3B, 3C et traverser le flux de matière à traiter circulant dans ce dernier. Précisément, au niveau de chaque étage 3, 3A, 3B, 3C le flux de matière à traiter pénètre au niveau d'un orifice 5 d'entrée à une extrémité latérale El de l'unité de flottation 1 pour en sortir au niveau d'un orifice de sortie S1 à l'extrémité latérale opposée et regagner, au niveau de cette même extrémité latérale et par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée E2, l'étage 3A suivant et ainsi de suite. 10 Chaque étage comprend quatre zones distinctes : - Zone d'aération : Mélange, diffusion et dispersion de l'air dans la matière à traiter. - Zone de mélange : Entrainement et mélange de bulles provenant de l'étage inférieur et accumulation de 15 bulles en partie haute. - Zone d'évacuation des bulles : Entrainement et mélange de bulles provenant de l'étage inférieur et évacuation des bulles vers l'étage supérieur ou vers zone d'accumulation des mousses. 20 - Zone de désaération : Evacuation des bulles résiduelles vers l'étage supérieur. La zone de mélange de chaque étage est située au-dessus de la zone de désaération de l'étage inférieur et les zones d'évacuation des bulles sont situées les unes au-dessus des 25 autres. Selon l'invention, au moins un, et de préférence chaque étage supérieur 3, 3A, 3B, 3C comporte également un plancher étanche 5 correspondant à la zone de désaération disposée adjacente à sa sortie Sl, S2, S3, S4. Ainsi au cours du transit 30 de la matière à traiter dans un étage supérieur 3, 3A, 3B, 3C, elle reçoit des bulles d'air provenant de l'étage immédiatement inférieur 3A, 3B, 3C, 3D dans les zones de mélange et d'évacuation des bulles tant qu'elle se trouve sur le séparateur à ouvertures ; ces bulles d'air, après un temps de séjour dans 35 la matière à traiter, s'échappent vers le haut. Ensuite, sur le séparateur étanche 5, elle ne reçoit plus de bulles d'air, les bulles d'air toujours contenues dans la matière à traiter continuant à s'échapper vers le haut. On obtient ainsi une zone finale (zone de désaération) de désaération sans ré-aération à chaque étage supérieur. Un étage supérieur (3, 3A, 3B, 3C) peut 5 être qualifié de supérieur s'il est disposé au-dessus d'un autre étage, et d'inférieur (3A, 3B, 3C, 3D) s'il est disposé en dessous d'un autre étage. Pour l'exemple représenté à cinq étages, l'étage du bas 3D est un étage inférieur, les étages intermédiaires 3A, 3B, 3C sont à la fois des étages inférieurs 10 et supérieurs, et l'étage du haut 3 est un étage supérieur. On peut dimensionner le plancher étanche 5 en tenant compte du temps de séjour des bulles d'air dans l'épaisseur de matière à traiter, en recherchant une désaération la plus complète possible. Néanmoins toutes les bulles d'air ne traversent pas 15 une couche de matière à traiter à la même vitesse, et si on voulait garantir une désaération totale, la longueur du plancher étanche 5 serait excessive, et coûterait excessivement cher. On cherche donc un compromis entre la qualité de désaération et le coût de l'installation et le temps global de séjour de la 20 matière à traiter. L'avantage apporté par la présente invention devient sensible dès qu'une seconde étape de désaération est effectivement présente. Au niveau de l'installation, la longueur du plancher étanche 5 doit être significativement plus grande que la 25 distance entre deux ouvertures 4 successives sur le plateau 6 à ouvertures, de préférence au moins deux fois plus grande que cette distance, par exemple six fois cette distance. Habituellement la distance entre deux ouvertures 4 adjacentes est plus grande dans les étages du bas, et plus 30 petite dans les étages du haut. Cela permet d'ajouter des bulles d'air à chaque étage, les ouvertures 4 plus rapprochées permettant alors de faire passer un plus grand débit d'air. On peut, selon un mode préféré de réalisation de la présente invention disposer également un plancher étanche 5 de plus en 35 plus long au fur et à mesure qu'on descend dans les étages 3, 3A, 3B, 3C et donc avoir un plancher étanche 5 plus court aux étages plus hauts, et un plancher étanche 5 plus long aux étages plus bas. On obtient ainsi une désaération de plus en plus complète au fur et à mesure du traitement de la matière à traiter. Par exemple à l'étage 3, la longueur du plancher étanche 5 peut être de l'ordre de 30% de la longueur du plateau 6 à ouvertures, alors qu'à l'étage 3C de la fig. 1, la longueur du plancher étanche 5 peut atteindre une valeur identique à la longueur du plateau 6 à ouvertures, pour s'assurer qu'un maximum de bulles d'air chargées d'encre ait bien eu le temps d'évacuer la pâte à papier, avant de diriger la pâte à papier vers l'étage 3D qui est l'étage le plus bas, et le dernier pour le traitement. A l'étage 3D est alors introduit de l'air propre, ce qui assure une propreté optimale pour la pâte à papier sortant du dispositif. Tel qu'il ressort de la description qui précède, la présente invention apporte un net progrès technique dans le domaine du traitement de vieux papiers et autres matières. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de flottation multi étages en série pour l'élimination de particules hydrophobes, comportant une étape d'introduction d'une couche de matière à traiter aérée ou non par des injecteurs, ladite couche provenant soit d'un étage supérieur (3, 3A, 3B, 3C) soit directement de l'entrée du système (El), caractérisé en ce qu'au niveau des étages supérieurs (3, 3A, 3B, 3C) le procédé se poursuit par quatre étapes complémentaires : une étape d'aération provenant de l'extraction de l'air des étages inférieurs et de re-mélange et de diffusion de l'air au travers de la couche introduite, une étape de mélange, combinant à la fois aération re-mélange, diffusion et désaération ordonnée par extraction de l'air de la couche introduite qui est ainsi réintroduite dans les étages immédiatement supérieurs une étape de désaération dans laquelle il n'y a plus d'introduction d'air, et permettant l'évacuation de l'air dispersé vers les étages supérieurs (3, 3A, 3B, 3C) ou dans le cas de l'étage (3) situé le plus haut, vers une zone d'évacuation des mousses. une étape de récupération de la matière désaérée. 2. Procédé de flottation selon la revendication précédente, dans lequel à chaque étage supérieur, la durée de 25 l'étape de désaération est d'au moins 20% de la durée de l'étape d'aération. 3. Installation de flottation (1) multi étagée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, chaque étage supérieur (3, 3A, 3B, 30 3C) comportant un séparateur (6) à ouvertures (4) agencées pour laisser passer des bulles d'air provenant de l'étageimmédiatement inférieur (3A, 3B, 3C, 3D), et une sortie (S1, S2, S3, S4) agencée pour extraire la pâte à papier en vue de son recyclage vers l'étage immédiatement inférieur(3A, 3B, 3C, 3D), caractérisée par le fait qu'au moins un étage supérieur (3, 3A, 3B, 3C) comporte un plancher étanche (5) adjacent à sa sortie (S1, S2, S3, S4). 4. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle la longueur dudit plancher étanche (5) est d'au moins 20% de la longueur dudit séparateur (6) à ouvertures. 5. Installation selon l'une des revendications 4 ou 5, dans laquelle ledit séparateur comporte en outre une zone de mélange, diffusion et dispersion de l'air dans la matière à traiter, une zone d'entrainement et de mélange de bulles provenant de l'étage inférieur et d'accumulation de bulles en partie haute, et une zone d'entrainement et de mélange de bulles provenant de l'étage inférieur et d'évacuation des bulles vers l'étage supérieur ou vers une zone d'accumulation des mousses. 6. Installation selon l'une des revendications 20 précédentes, dans laquelle chaque étage supérieur (3, 3A, 3B, 3C) comporte un plancher étanche (5) adjacent à sa sortie (S1, S2, S3, S4). 7. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle la longueur des planchers étanches (5) est croissante 25 en descendant les étages (3, 3A, 3B, 3C).