Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
1
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 au traitement de déchets électroniques, mais peut
s'appliquer aussi 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, 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
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
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
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
séparation aéraulique en continu de matériaux particulaires issus de déchets
électroniques et 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.
Ce procédé comprend avantageusement mais facultativement les
caractéristiques additionnelles suivantes, prises individuellement ou en
toutes
combinaisons techniquement compatibles :
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
3
* 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
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
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
particules de départ.
On propose selon un deuxième aspect une installation pour la
séparation aéraulique en continu de matériaux particulaires issus de déchets
électroniques et constitués d'un mélange de particules hétérogène à la fois en
granulométrie et en densité, caractérisée en ce qu'elle comprend en
combinaison :
- 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
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
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
4
plus grossières et les moins denses et une quatrième fraction contenant des
particules les plus grossières et les plus denses, et
- 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
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.
* 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.
* 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
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
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,
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
- les Figures 2A et 2B sont deux schémas généraux de deux procédés
de séparation de matière particulaire hétérogène selon deux variantes de la
présente invention, et
- la Figure 3 illustre un exemple d'une installation pour mettre en oeuvre
5 le procédé de la Figure 2A.
Description détaillée de formes de réalisation préférées
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 aux 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
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
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
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
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.
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
6
Ainsi dans une première implémentation illustrée sur la Figure 2A, les
particules grossières les plus denses (flux F5) sont redirigées vers l'entrée
du
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
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
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
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.
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
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
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
7
faible densité (ici des coques de fruits, qui peuvent être par exemple
pelletisées pour former un combustible).
En référence maintenant à la Figure 3, on va décrire un exemple d'une
installation destinée à récupérer à partir de déchets d'origine électronique
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 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
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.
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 taille de particules maximale est choisie pour assurer une
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
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.
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
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
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
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-
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
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,
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
pour être dirigées (flèche 242) vers un autre traitement (flux F3).
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
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
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
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
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
séparation réglable entre 3 et 400 pm.
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
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
véhiculé dans une conduite 350, qui alimente la base du classificateur 310. Ce
classificateur 310 présente avantageusement la même structure que celle du
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
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).
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 :
- 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
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
étapes distinctes de classification granulométrique et de classification
densimétrique, d'obtenir de façon particulièrement efficace et économique
CA 03113197 2021-03-17
WO 2020/058847
PCT/IB2019/057821
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.
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
description qui précède, mais l'homme du métier saura y apporter de
nombreuses variantes ou modifications.
