Modlisation Mathmatique de la Dcantation de la Boue Rouge

Ce document decrit le travail de recherche menant a la conception d'un modele mathematique decrivant la decantation de la boue rouge dans un epaississeur industriel. Tout d'abord, la decantation de la boue rouge est situee dans le procede Bayer de production d'alumine. On y indique que l'operation economique du procede Bayer passe par la bonne performance de la decantation de la boue rouge. En effet, une decantation performante permet d'obtenir une bonne separation entre la liqueur et la boue rouge diminuant ainsi les besoins en filtration. Une separation efficace permet aussi de diminuer les volumes de boue a laver et a entreposer. Ceci diminue les couts et diminue aussi l'impact sur l'environnement. Ensuite, les concepts physiques gouvernant la decantation tels la floculation, la sedimentation, et le compactage sont introduits. Ces concepts sont par la suite mis en equations et solutionnes numeriquement. Les premiers resultats presentes decrivent la modelisation de la decantation a l'echelle du laboratoire, dans un cylindre gradue ou la decantation se fait en fournee; et ensuite dans un decanteur miniature ou la decantation se fait en continu comme dans les equipements industriels. Une comparaison entre les mesures et les simulations est presentee. Les observations experimentales sont bien decrites par les simulations, validant ainsi l'approche utilisee et les sous-modeles choisis. Finalement, la modelisation mathematique d'un epaississeur industriel pleine grandeur est discutee. Une etude parametrique portant sur l'effet de varier les douze variables de procede et de conception suivantes est ensuite realisee : diametre des particules, debit de sousverse, concentration en solide a l'alimentation, debit d'alimentation, vitesse de l'alimentation, hauteur du tuyau d'alimentation, hauteur de l'anneau du puits d'alimentation, largeur de l'anneau du puits d'alimentation, rayon du puits d'alimentation, hauteur du puits d'alimentation, rayon de l'epaississeur et hauteur de l'epaississeur. Les impacts des changements dans les valeurs de ces variables sont etablis a partir des parametres suivants mettant en evidence la bonne performance des epaississeurs de boue rouge : position de l'interface de boue, vitesse verticale moyenne, distribution du solide dans le puits, rapport de recirculation liquide, rapport de dilution du solide, taux de cisaillement dans le puits et temps de residence dans le puits. Cette etude permet d'identifier les quatre variables critiques suivantes ayant un impact important sur la performance d'un epaississeur de boue rouge : le diametre des particules, le debit d'alimentation, le rayon du puits d'alimentation et le rayon de l'epaississeur. Le diametre des particules et le debit d'alimentation sont des variables de procede qui doivent etre controlees en tout temps pour obtenir la performance attendue de l'epaississeur. Le rayon du puits d'alimentation et celui de l'epaississeur sont des variables de conception qui sont fixees en fonction des cibles d'operation prevues lors de la conception de l'equipement. Les autres variables decrites plus haut ont un impact moins grand sur la performance d'un epaississeur de boue rouge.