Brevet FR3085867A1 — publié le 20200320

Titre « Procédé et installation de séparation aéraulique » Domaine de l'invention La présente invention concerne d'une façon générale les traitements de broyage et de séparation aéraulique de matériaux particulaires, et plus particulièrement les traitements de séparation de matériaux particulaires hétérogènes en termes de taille, de densité et de forme. Elle s'applique à des domaines variés et notamment au traitement des minerais, de déchets issus du bâtiment et des travaux publics, des végétaux en particulier de la biomasse, des produits alimentaires, des déchets d'origine électronique, etc. Etat de la technique En référence à la Figure 1 des dessins, les traitements de séparation de matériaux particulaires hétérogènes M en vue de séparer les uns des autres des constituants de natures différentes comprennent en général un broyage B jusqu'à atteindre une certaine gamme granulométrique, une première classification CL1 par tailles destinée à séparer les particules en particules les plus grossières et en particules les plus fines, et une seconde classification CL2 destinée à séparer les particules les plus fines en particules ayant des différentes propriétés différentes (typiquement une classification densimétrique pour séparer les particules les plus denses des particules les moins denses). Dans certaines applications, les particules les plus denses sont des métaux que l'on souhaite récupérer à partir de déchets. Dans une telle approche connue, les particules les plus grossières issues de la première étape de séparation sont réinjectées à l'entrée du broyeur pour être à nouveau subdivisées. Résumé de l'invention 2 La présente invention vise à améliorer les procédés de séparation de matériaux hétérogènes existants et à permettre, par une nouvelle combinaison d'un broyage et d'une classification aéraulique, de générer une fraction contenant des particules classifiées à la fois en termes de granulométrie et de 5 densité et une autre fraction également classifiée en termes de granulométrie et de densité (par exemple, une fraction avec des particules plus fines et plus denses et une deuxième fraction avec des particules plus grossières et moins denses). On propose à cet effet selon un premier aspect un procédé de 10 séparation aéraulique en continu de matériaux particulaires constitués d'un mélange de particules hétérogène à la fois en granulométrie et en densité, caractérisé en ce qu'il comprend la succession des étapes suivantes : (a) broyage des particules (b) génération d'un flux de gaz acheminant les particules broyées, 15 (c) première séparation aéraulique sur ledit flux de gaz pour séparer les particules qu'il contient en une première fraction constituée de particules les plus grossières avec des densités variables, et une deuxième fraction constituée de particules les plus fines, (d) deuxième séparation aéraulique sur ladite première fraction pour 20 séparer les particules qu'elle contient en une troisième fraction constituée de particules les plus grossières et les plus denses et une quatrième fraction constituée de particules les plus grossières et les moins denses, (e) réinjection de troisième fraction ou de la quatrième fraction à l'entrée du broyage, et 25 (f) récupération de la deuxième fraction et de la quatrième fraction ou de la troisième fraction, respectivement, comme produits de sortie. Ce procédé comprend avantageusement mais facultativement les caractéristiques additionnelles suivantes, prises individuellement ou en toutes combinaisons techniquement compatibles : 30 * la première unité de séparation aéraulique comprend un classificateur dynamique associé à un récupérateur de particules. " la deuxième fraction est récupérée hors flux de gaz et est convoyée mécaniquement vers un flux de gaz alimentant la deuxième unité de séparation aéraulique. * la deuxième unité de séparation aéraulique comprend un 5 classificateur dynamique associé à un récupérateur de particules. * la troisième ou la quatrième fraction est récupérée hors flux de gaz et est convoyée mécaniquement vers l'entrée de l'étape de broyage. * le procédé est appliqué à la séparation de matériaux particulaires contenant des métaux et des non-métaux plus légers, et l'étape (e) comprend 10 la réinjection de la troisième fraction à l'entrée du broyage, pour ainsi récupérer une deuxième fraction comprenant des particules de granulométrie la plus fine avec une proportion en métaux accrue par rapport aux particules de départ, et une quatrième fraction comprenant des particules de granulométrie la plus grossière avec une proportion en non-métaux accrue par rapport aux 15 particules de départ. On propose selon un deuxième aspect une installation pour la séparation aéraulique en continu de matériaux particulaires constitués d'un mélange de particules hétérogène à la fois en granulométrie et en densité, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison : 20 - un broyeur alimenté par un matériau à traiter, - un moyen pour engendrer en sortie du broyeur un flux gazeux contenant les particules issues du broyage, - un premier classificateur aéraulique recevant ledit flux gazeux et apte à générer une première fraction contenant des particules contenant des 25 particules les plus grossières et une deuxième fraction contenant les particules les plus fines, - un deuxième classificateur aéraulique recevant ladite deuxième fraction et apte à générer une troisième fraction contenant des particules les plus grossières et les moins denses et une quatrième fraction contenant des 30 particules les plus grossières et les plus denses, et 4 - des moyens pour convoyer la troisième fraction ou la quatrième fraction vers l'entrée du broyeur. Cette installation comprend avantageusement mais facultativement les caractéristiques additionnelles suivantes, prises individuellement ou en toutes 5 combinaisons techniquement compatibles : * le premier classificateur aéraulique comprend un classificateur dynamique associé à un récupérateur de particules. * l'installation comprend en outre une conduite pour réinjecter le flux d'air propre en sortie du récupérateur à l'entrée du broyeur. 10 * l'installation comprend en outre un moyen de convoyage mécanique des particules de la première fraction jusqu'à un diffuseur interposé sur une conduite d'entrée du deuxième classificateur. * le deuxième classificateur aéraulique comprend un deuxième classificateur dynamique associé à un deuxième récupérateur de particules. 15 * l'installation comprend en outre une conduite pour réinjecter le flux d'air propre en sortie du deuxième récupérateur à l'entrée du deuxième classificateur dynamique. * l'installation comprend en outre un moyen de convoyage mécanique des particules de la troisième ou de la quatrième fraction jusqu'à l'entrée du 20 broyeur. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple 25 non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1, déjà décrite en introduction, est un schéma général d'un procédé de séparation de matière particulaire hétérogène selon l'art antérieur, - les Figures 2A et 2B sont deux schémas généraux de deux procédés de séparation de matière particulaire hétérogène selon deux variantes de la 30 présente invention, et - la Figure 3 illustre un exemple d'une installation pour mettre en oeuvre le procédé de la Figure 2A. Description détaillée de formes de réalisation préférées 5 On notera en introduction que les termes « grossier », « fin », « dense », « peu dense », etc., seuls ou associés à des termes comparatifs ou relatifs, sont à apprécier au yeux de l'homme du métier, c'est-à-dire comme valeurs caractéristiques, médianes ou moyennes, d'une composition particulaire donnée, couvrant des gammes qui dans la réalité peuvent se 10 chevaucher. En référence tout d'abord aux Figures 2A et 2B, on va décrire un procédé de séparation de matériaux particulaires selon l'invention. De façon commune aux deux figures, le matériau de départ M, éventuellement préfractionné par des moyens connus en eux-mêmes, est 15 introduit dans un broyeur B recevant également un flux de gaz G (typiquement de l'air) de façon à générer un flux aéraulique F1 contenant des particules dans une gamme granulométrique relativement large, avec une taille maximale par exemple inférieure à 500 pm. Ce flux F1 est appliqué à l'entrée d'une première unité de classification 20 CL1 destinée à séparer les particules en un flux F2 de particules les plus grossières et un flux F3 de particules les plus fines. Contrairement au procédé de l'art antérieur où le flux F2 des particules grossières est redirigé directement à l'entrée du broyeur, ce flux est ici soumis à une classification densimétrique au niveau d'un deuxième classificateur CL2 25 qui génère un flux F4 des particules grossières les moins denses et un flux F5 des particules grossières les plus denses. C'est à ce niveau que le procédé peut connaître deux variantes d'implémentation, selon la nature du produit à traiter et l'application visée. Ainsi dans une première implémentation illustrée sur la Figure 2A, les 30 particules grossières les plus denses (flux F5) sont redirigées vers l'entrée du 6 broyeur B, tandis que le flux F4 des particules grossières les moins denses est récupéré à titre de produit fini ou intermédiaire. Dans une deuxième implémentation illustrée sur la Figure 2B, les particules grossières les moins denses (flux F4) sont redirigées vers l'entrée 5 du broyeur B, tandis que le flux F5 des particules grossières les plus denses est récupéré à titre de produit fini ou intermédiaire. Parallèlement, le flux F3 des particules les plus fines est récupéré pour former un autre produit fini ou intermédiaire. L'implémentation de la Figure 2A est applicable en particulier pour 10 récupérer des produits métalliques dans un matériau de départ constitué de déchets (déchets électroniques, déchets issus de l'industrie manufacturière en générale, du BTP, etc.). Ainsi, en alimentant le broyeur en continu avec le matériau de départ, et en extrayant rapidement des flux traités les particules les plus légères (ici les non-métaux : polymères, minéraux divers, etc.) dans 15 leur état encore grossier, on obtient un procédé particulièrement efficient pour obtenir au niveau du flux F3 des particules à la fois fines et sensiblement plus concentrées en métaux (plus denses) que le matériau de départ. Ce flux F3 constitue ainsi directement le produit fini ou intermédiaire principalement recherché. 20 Le flux F4, constitué selon les cas de minéraux, de polymères, etc., constitue lui aussi un produit fini ou intermédiaire du traitement, qui peut être réutilisé de façon appropriée selon sa nature et l'application visée, et par exemple approvisionner l'industrie du recyclage. L'implémentation de la figure 2B est applicable notamment dans le cas 25 où la fraction la plus recherchée du produit de départ est la fraction la moins dense (cas par exemple de coques de fruits à récupérer comme combustibles). Dans le cas, l'extraction rapide de la fraction la plus grossière et la plus dense F5 permet de récupérer de façon particulièrement efficace au niveau du flux F3 un produit intermédiaire ou fini de granulométrie fine et de 30 faible densité (ici des coques de fruits, qui peuvent être par exemple pelletisées pour former un combustible). 7 En référence maintenant à la Figure 3, on va décrire un exemple d'une installation destinée à récupérer à partir de déchets contenant d'une part des métaux et d'autre part des non-métaux moins denses que les métaux, d'une part une fraction essentiellement métallique avec une granulométrie fine, et 5 d'autre part une fraction essentiellement non-métallique avec une granulométrie plus grossière. Cette installation comprend tout d'abord un broyeur 100 (broyeur B de la Figure 2A) recevant en entrée (par exemple via un transporteur pneumatique, non illustré) des matières particulaires 102, par exemple des 10 déchets électroniques pré-broyés dans une étape initiale non illustrée, dans une taille de particules comprise par exemple entre 0 et 10 mm. Le broyeur reçoit également via une conduite 104 un flux de gaz propre ou faiblement poussiéreux (en général de l'air) destiné à véhiculer les particules en sortie du broyeur 100. 15 Ce broyeur peut être réalisé selon toute technologie connue (compression, impact, attrition, selon la nature et la taille du matériau d'entrée à broyer) et conçu pour réduire les fragments de départ en une poudre avec une taille de particules typiquement inférieure à 500 pm environ. D'une façon générale, cette tailles de particules maximale est choisie pour assurer une 20 séparation physique effective entre les particules métalliques et les particules non métalliques dans le matériau particulaire, en évitant autant que possible la présence de grains contenant à la fois des matériaux métalliques et des matériaux non métalliques. Les particules en sortie du broyeur sont acheminées par le flux de gaz 25 traversant le broyeur, dans une conduite 150 (flux F1), vers une première station de séparation aéraulique 200, cette station comprenant ici un classificateur dynamique à turbine 210, de type connu en soi, associé à un ou plusieurs récupérateurs 220 des particules contenues dans l'air, par exemple de type cyclones, filtres à manches, filtres à poches, tous connus en soi. 8 Le classificateur 210 comprend schématiquement un rotor 212 comportant des pales 214 tournant à une vitesse ajustée au-dessus d'une trémie de collecte 216. Le flux d'air F1 véhiculant les particules est acheminé par la base de 5 l'appareil à travers un espace périphérique 218 en forme d'anneau tronconique situé entre la paroi extérieure du séparateur et la trémie 216. Les particules sont assujetties au niveau des pales 214 du rotor à un effet combiné de centrifugation, d'entraînement aéraulique et de chute gravitaire, de telle sorte qu'au final les particules les plus fines traversent le rotor et sortent dans 10 le flux d'air dans une conduite de sortie supérieure 250 du séparateur, et que les particules les plus grossières sont maintenues à l'extérieur du rotor et s'accumulent au fond de la trémie, d'où elles sont extraites par exemple par un sas alvéolaire 230. Ce séparateur, avec une poudre contenant des métaux et des non- 15 métaux, permet d'assurer une première récupération, dans le flux d'air sortant en partie supérieure, de fines ayant une proportion de particules métalliques sensiblement plus importante que dans le broyat de départ, avec en corollaire une proportion de particules non métalliques amoindrie, tandis que les particules plus grossières, contenant des non-métaux en proportion accrue par 20 rapport au broyat de départ, sont récupérées en bas du séparateur 210 et extraites via le sas alvéolaire 230 pour subir une seconde classification comme on va le voir dans la suite (flux F2) . La conduite 250 est reliée à l'entrée du récupérateur de particules 220, par exemple un ou plusieurs cyclones, filtres à manche ou filtres à poches, 25 dont les paramètres sont ajustés de manière à éliminer du flux d'air la plus grande partie des fines en suspension dans celui-ci. Comme on l'a dit, ces particules sont des particules fines avec une proportion accrue en métaux, et constituent un premier produit issu du traitement. Ces particules sont récupérées par un sas alvéolaire 240 pour constituer un produit fini ou encore 30 pour être dirigées (flèche 242) vers un autre traitement (flux F3). 9 Dans le cas où l'installation ci-dessus est utilisée pour le recyclage de déchets électroniques, ces particules peuvent comprendre différents métaux dont des métaux précieux, et elles peuvent être redirigées vers une station de mise en suspension liquide, puis en aval vers une ou plusieurs unités de 5 séparation des métaux les uns des autres, de préférence par approche densimétrique avec le cas échéant une séparation magnétique préalable, par exemple comme décrit dans le document W02016042469A1. Le flux d'air en sortie du récupérateur de particules 220 circule dans une conduite 251 vers un échangeur thermique 260 puis vers un ventilateur 10 d'extraction 270 qui génère le flux d'air dans le broyeur et dans la station de séparation 200. Ce flux d'air, qui peut rester très légèrement chargé en particules, est réinjecté à l'entrée du broyeur 100 via une conduite 253. On notera ici que l'échangeur thermique 260 permet de refroidir l'air avant son retour vers l'entrée du broyeur, notamment lorsque ce dernier génère de par 15 son principe de fonctionnement une élévation significative de la température du flux d'air et des particules transportées. Le classificateur dynamique à turbine 210 est avantageusement du type possédant un seuil de séparation réglable, et par exemple choisi de manière à admettre en entrée une taille de particules jusqu'à 5 mm, avec un seuil de 20 séparation réglable entre 3 et 400 dam. Cette première station de séparation 200 est connectée fonctionnellement à une deuxième station de séparation 300 constituée ici également d'un classificateur dynamique à turbine 310 de type connu en soi, combiné à un ou plusieurs autres récupérateurs de particules 320, de 25 préférence du même type que le ou les récupérateurs 220. Plus précisément, la fraction F2 issue du sas alvéolaire 230 associé au classificateur 210, constituée des particules les plus grossières à la fois métalliques et non métalliques, est acheminée par un transporteur gravitaire ou mécanique (ligne 231) et injecté via un diffuseur 335 dans un flux d'air 30 véhiculé dans une conduite 350, qui alimente la base du classificateur 310. Ce classificateur 310 présente avantageusement la même structure que celle du 10 classificateur 210, structure qui ne sera pas décrite à nouveau, étant rappelé que de tels classificateurs sont connus en soi. Ce classificateur est paramétré de manière à ce que les particules les plus grossières et les plus denses soient maintenues à l'extérieur de la turbine et s'accumulent au fond de la trémie. 5 Elles sont recueillies par un sas alvéolaire 330 est réinjectées via une ligne de transport gravitaire ou mécanique 450 à l'entrée du broyeur 100 (flux F4). Les particules les moins denses ressortent dans le flux d'air en partie supérieure du classificateur 310. Ce flux est acheminé via une conduite 351 vers le récupérateur de particules 320 qui en extrait les particules, constituant 10 ici un second produit issu du traitement obtenu par l'installation, à savoir une poudre relativement grossière avec une proportion accrue de non-métaux. Celles-ci s'accumulent en partie basse et sont extraites via un sas alvéolaire 340 pour être transportées et par exemple conditionnées pour un recyclage (flux F5). 15 La partie supérieure du récupérateur 320 est reliée par une conduite 352 à un ventilateur d'extraction 370 qui engendre le flux d'air à travers la station 300, et la sortie de ce ventilateur est reliée via des conduites 353, 354 au diffuseur 335 précité. Des registres 510, 520, 530, 540 peuvent être pilotés respectivement : 20 - pour permettre l'amenée d'air frais vers le broyeur via la conduite 104, - pour permettre l'amenée d'air vers le mélangeur 335 via la conduite 354, - pour permettre l'évacuation de l'excédent d'air issu du ventilateur 270, via une station de filtration 500 éliminant les dernières particules (de type 25 connu en soi), vers l'atmosphère, - pour permettre de la même manière l'évacuation du flux d'air issu du ventilateur 370 vers l'atmosphère via la station de filtration 500. Ainsi l'installation de la Figure 3, par la combinaison particulière d'un broyage et d'un double étage de classification, permet, dans recours à des 30 étapes distinctes de classification granulométrique et de classification densimétrique, d'obtenir de façon particulièrement efficace et économique 11 d'une part une fraction (F3) contenant les particules les plus fines avec une proportion sensiblement accrue en métaux, et d'autre part une fraction (F4) contenant les particules les plus grossières avec une proportion sensiblement accrue en non-métaux. 5 L'installation telle que décrite en référence à la Figure 3 peut aisément être modifiée par l'homme du métier de façon à mettre en oeuvre la variante du procédé illustrée sur la Figure 2B, en permutant l'affectation des flux de sortie au niveau de l'équipement 300 constituant le second classificateur. Naturellement, la présente invention n'est nullement limitée à la 10 description qui précède, mais l'homme REVENDICATIONS1. Procédé de séparation aéraulique en continu de matériaux pelliculaires constitués d'un mélange de particules hétérogène à la fois en granulométrie et en densité, caractérisé en ce qu'il comprend la succession des étapes suivantes : (a) broyage des particules (b) génération d'un flux de gaz acheminant les particules broyées, (c) première séparation aéraulique sur ledit flux de gaz pour séparer les particules qu'il contient en une première fraction constituée de particules les plus grossières avec des densités variables, et une deuxième fraction constituée de particules les plus fines, (d) deuxième séparation aéraulique sur ladite première fraction pour séparer les particules qu'elle contient en une troisième fraction constituée de particules les plus grossières et les plus denses et une quatrième fraction constituée de particules les plus grossières et les moins denses, (e) réinjection de troisième fraction ou de la quatrième fraction à l'entrée du broyage, et (f) récupération de la deuxième fraction et de la quatrième fraction ou de la troisième fraction, respectivement, comme produits de sortie. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la première unité de séparation aéraulique comprend un classificateur dynamique associé à un récupérateur de particules. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la deuxième fraction est récupérée hors flux de gaz et est convoyée mécaniquement vers un flux de gaz alimentant la deuxième unité de séparation aéraulique. 13 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la deuxième unité de séparation aéraulique comprend un classificateur dynamique associé à un récupérateur de particules. 5 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la troisième ou la quatrième fraction est récupérée hors flux de gaz et est convoyée mécaniquement vers l'entrée de l'étape de broyage. 6. Procédé selon la revendication 1, appliqué à la séparation de matériaux 10 particulaires contenant des métaux et des non-métaux plus légers, dans lequel l'étape (e) comprend la réinjection de la troisième fraction à l'entrée du broyage, pour ainsi récupérer une deuxième fraction comprenant des particules de granulométrie la plus fine avec une proportion en métaux accrue par rapport aux particules de départ, et une quatrième fraction comprenant des 15 particules de granulométrie la plus grossière avec une proportion en non- métaux accrue par rapport aux particules de départ. 7. Installation pour la séparation aéraulique en continu de matériaux particulaires constitués d'un mélange de particules hétérogène à la fois en 20 granulométrie et en densité, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison : - un broyeur alimenté (100) par un matériau à traiter, - un moyen (510, 104) pour engendrer en sortie du broyeur un flux gazeux (F1) contenant les particules issues du broyage, 25 - un premier classificateur aéraulique (200) recevant ledit flux gazeux et apte à générer une première fraction (F2) contenant des particules contenant des particules les plus grossières et une deuxième fraction (F3) contenant les particules les plus fines, - un deuxième classificateur aéraulique (300) recevant ladite deuxième fraction et apte à générer une troisième fraction (F4) contenant des particules 14 les plus grossières et les moins denses et une quatrième fraction (F5) contenant des particules les plus grossières et les plus denses, et - des moyens (450) pour convoyer la troisième fraction (F4) ou la quatrième fraction (F5) vers l'entrée du broyeur. 5 8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle le premier classificateur aéraulique (200) comprend un classificateur dynamique (210) associé à un récupérateur de particules (220). 10 9. Installation selon la revendication 8, laquelle comprend en outre une conduite (253) pour réinjecter le flux d'air propre en sortie du récupérateur (220) à l'entrée du broyeur (100). 10. Installation selon la revendication 8 ou 9, laquelle comprend en outre 15 un moyen de convoyage mécanique des particules de la première fraction (F2) jusqu'à un diffuseur (335) interposé sur une conduite d'entrée (350) du deuxième classificateur. 11. Installation selon l'une des revendications 7 à 10, dans laquelle le 20 deuxième classificateur aéraulique (300) comprend un deuxième classificateur dynamique (310) associé à un deuxième récupérateur de particules (320). 12. Installation selon la revendication 11, laquelle comprend en outre une 25 conduite (353) pour réinjecter le flux d'air propre en sortie du deuxième récupérateur (320) à l'entrée du deuxième classificateur dynamique (310). 13. Installation selon la revendication 11 ou 12, laquelle comprend en outre un moyen de convoyage mécanique des particules de la troisième ou de la 30 quatrième fraction jusqu'à l'entrée du broyeur (100).