FR2658093A1 - Procede et appareil de separation de matieres solides d'une suspension desdites matieres solides dans un vehicule liquide par depot electrophoretique. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de séparation par dépôt électrophorétique de matières solides d'une suspension desdites matières solides dans un véhicule liquide comprenant dans une cellule de dépôt électrophorétique: - le passage d'un courant électrique dans ladite suspension entre au moins deux électrodes espacées de manière à récupérer lesdites matières solides au voisinage d'une première desdites électrodes, sur une première membrane intermédiaire échangeuse d'ions, afin d'éviter un contact du dépôt sur ladite première électrode; l'interposition d'une deuxième membrane échangeuse d'ions de type identique à celui de ladite première membrane, et l'espace entre lesdites première et deuxième membranes définissant un troisième compartiment, caractérisé en ce qu'il consiste: - à amener ledit véhicule liquide contenant ladite suspension entre lesdites première et deuxième membranes, - à organiser une circulation fermée entre ledit troisième compartiment et un dispositif d'ultrafiltration externe à ladite cellule, de manière à maintenir la concentration de particules solides dans le véhicule liquide à une valeur déterminée.

Description

PROCEDE ET APPAREIL DE SEPARATION DE MATIERES SOLIDES
D'UNE SUSPENSION DESDITES MATIERES SOLIDES DANS UN VEHICULE
LIQUIDE PAR DEPOT ELECTROPHORETIQUE
L'invention concerne essentiellement un procédé et un appareil de séparation de matières solides d'une suspension de matières solides dans un véhicule liquide par dépôt électrophorétique, c'est-à-dire par enchalanement des phénomènes d'électrophorèse, d'électrocoagulation et d'électro-osmose.

On connait de nombreux documents relatifs à un procédé et à un appareil de séparation de matières solides et d'une suspension de matières solides dans un véhicule liquide par dépôt électrophorétique, De tels procédés comprennent le passage d'un courant électrique dans ladite suspension entre au moins deux électrodes espacées comprenant respectivement au moins une anode et au moins une cathode de manière à récupérer lesdites matières solides à l'une desdites électrodes sous forme d'une couche ou gâteau de matières solides, cette électrode étant 11 anode lorsque les matières solides ont une charge négative résultante, ou bien la cathode lorsque les matières solides ont une charge positive résultante. Habituellement les matières solides ont une charge négative résultante, de sorte que les matières solides se déposent sur l'anode.

Parmi de tels documents on peut citer FR-A2 354 802, correspondant à US 4 107 026 ; FR-1 533 226 et son addition n0 93 740 ; GB 662 568 ; US i 435 886
US 2 900 320 ; US 2 944 952 ; US 3 642 605 ; US 3 679 565 ; US 3 972 799 ; US 3 980 547 ; US 4 048 038. Selon les procédés et appareils révélés dans tous ces documents, il faut réaliser un raclage du dépôt sur l'électrode de sorte qu'il se produit un effet d'abrasion de celle-ci. Ceci provoque l'apport d'ions métalliques étrangers, par exemple des ions de plomb, ou des matériaux particuliers tels que du carbone dans le compartiment d'électrophorèse, ce qui contamine le véhicule liquide et aboutit à des effets néfastes sur le fonctionnement du dépôt électrophorétique.Il peut se produire également une réduction de la brillance ou encore un changement de couleur des particules solides déposées, par exemple des particules d'argile, ce qui peut rendre le dépôt inacceptable pour de nombreux emplois commerciaux. Il peut se produire également une corrosion subtantielle de l'électrode.

Afin de pallier cet inconvénient, on a proposé d'utiliser deux membranes échangeuses d'ions de même type, par exemple échangeuses de cations, chacune à proximité d'une électrode. On parvient ainsi d'une part à protéger l'anode, et d'autre part à retenir les ions OH- produits par la cathode dans le compartiment cathodique.

Cette solution présente l'avantage de limiter la neutralisation des ions H+ par les ions OH- et conduit ainsi à ce que l'augmentation de la conductivité due aux ions produits soit limitée.

Néanmoins, l'application industrielle de tels procédés est très compromise dans la mesure où ils ne sont pas stables dans le temps, en raison de la diminution de la concentration des particules solides dans la cellule de dépôt électrophorétique, ce qui conduit à une baisse du rendement du dépôt.

Un problème qui se pose est donc de limiter l'augmentation de la conductivité ionique due aux ions produits qui ne contribuent pas directement au dépôt, tout en étant produits par une des électrodes, cette conductivité nuisant à ltefficacité et à la stabilité du processus de dépôt électrophorétique. Et en même temps, de maintenir à un niveau suffisamment élevé la conductivité efficace de la suspension contenant les particules solides qui, sous l'effet de la diminution de la concentration en particules solides, a tendance à diminuer.

Une première solution consisterait à utiliser une électrode poreuse et à réaliser une électrofiltration pour éliminer l'eau formée dans le compartiment de cette électrode. Une telle solution ne permet pas de stabiliser correctement le procédé dans la mesure où ltélectro- filtration dans un compartiment anodique ou cathodique est directement liée aux phénomènes d'électrophorèse et est, de ce fait, d'un débit restreint ne permettant pas de limiter suffisamment la dilution de la suspension et par ce biais la diminution de la conductivité efficace.

Un premier but de la présente invention est de proposer un procédé de dépôt électrophorétique qui soit applicable industriellement avec un bon rendement énergétique.

Selon sa caractéristique principale, la présente invention concerne un procédé de séparation par dépôt électrophorétique de matières solides d'une suspension desdites matières solides dans un véhicule liquide comprenant dans une cellule de dépôt électrophorétique - le passage d'un courant électrique dans ladite suspension entre au moins deux électrodes espacées constituées respectivement par au moins une anode et au moins une cathode de manière à récupérer lesdites matières solides, au voisinage d'une première desdites électrodes sous forme d'une couche ou gâteau desdites matières solides, sur une première membrane intermédiaire échangeuse d'ions, afin d'éviter un contact du dépôt sur ladite première électrode; ladite première membrane étant semi-perméable aux ions dont la polarité est identique à celle de la première électrode et délimitant un premier compartiment comprenant ladite première électrode; - l'interposition d'une deuxième membrane échangeuse d'ions de type identique à celui de ladite première membrane entre cette dernière et une seconde électrode de polarité opposée à celle de ladite première électrode, de manière notamment à contribuer à limiter les variations de conductivité ionique liée aux ions produits par les électrodes et/ou ne contribuant pas directement au dépôt, ladite deuxième membrane délimitant un deuxième compartiment comprenant ladite deuxième électrode et l'espace entre lesdites première et deuxième membranes définissant un troisième compartiment, caractérisé en ce qu'il consiste
- à amener ledit véhicule liquide contenant ladite suspension entre lesdites première et deuxième membranes,
- à organiser une circulation fermée entre ledit troisième compartiment et un dispositif d'ultrafiltration externe à ladite cellule, de manière à maintenir la concentration de particules solides dans le véhicule liquide à une valeur déterminée, et ainsi à maintenir la conductivité efficace liée à la charge résultante des particules solides.

Le fait de prévoir un dispositif d'ultrafiltration, externe à la cellule de dépôt électrophorétique et d'organiser la circulation du véhicule liquide entre ce dispositif et le troisième compartiment permet de maintenir la concentration en particules solides dans la suspension par élimination de molécules d'eau. On entend par dispositif d'ultrafiltration, tout appareil de filtration tangentielle tel que ultrafiltre, dispositif d'osmose inverse...

De plus et de manière particulièrement avantageuse, le fait de procéder à l'ultrafiltration du véhicule liquide hors de la cellule permet de rendre le débit d'élimination de l'eau entièrement indépendant des conditions de fonctionnement de ltélectrofloculation ou électrocoagulation.

On s'aperçoit ainsi, de manière étonnante, non seulement qu'il est possible de maintenir la concentration et les conductivités approximativement à leurs valeurs initiales, mais également que l'on peut ainsi augmenter la concentration lors du processus de dépôt à une valeur supérieure à sa valeur initiale, et ainsi la conductivité efficace.

Ceci permet sur la base de conditions optimales de fonctionnement déterminées du processus de dépôt, notamment selon la nature de la suspension à traiter, de paramétrer les conditions d'ultrafiltration (surface active, porosité, vitesse tangentielle, différence de pression entre les deux faces de la surface activée...) pour maintenir ou fixer la concentration, tout en tenant compte du rendement énergétique du processus.

De plus, il peut se produire que la concentration ionique soit initialement en excès par rapport à des valeurs optimales pour le rendement du dépôt, notamment sous l'effet de la présence de défloculants dans la solution contenant la suspension de particules solides.

L'invention prévoit alors avantageusement - de surdimensionner ledit dispositif d'ultrafiltration par rapport aux dimensions nécessaires pour maintenir la concentration de particules solides à ladite valeur déterminée de manière à réguler la conductivité ionique en excès - d'amener, dans un circuit créé par l'organisation de ladite circulation fermée, de l'eau déminéralisée de manière à compenser les variations de concentration dues aux surdimensionnements dudit dispositif d'ultrafiltration.

En fonction de la valeur de la conductivité en excès, le surdimensionnement du dispositif d'ultrafiltration peut ne pas être rentable notamment si cette conductivité excessive est très importante.

Dans ce cas, et de manière particulièrement avantageuse, la présente invention vise à éliminer cette conductivité ionique excessive en utilisant un procédé de séparation par dépôt électrophorétique de matières solides d'une suspension desdites matières solides dans un véhicule liquide comprenant, dans une cellule de dépôt électrophoré tique - le passage d'un courant électrique dans ladite suspension entre au moins deux électrodes espacées constituées par au moins une anode et au moins une cathode de manière à récupérer lesdites matières solides, au voisinage d'une première desdites électrodes, sous forme d'une couche ou gâteau desdites matières solides, sur une première membrane intermédiaire échangeuse d'ions, afin d'éviter un contact du dépôt sur ladite première électrode; la polarité est identique à celle de ladite première électrode et délimitant un premier compartiment comprenant ladite première électrode; - l'interposition d'une deuxième membrane échangeuse d'ions de type identique à celui de ladite première membrane entre cette dernière et une seconde électrode de polarité opposée à celle de ladite première électrode, de manière notamment à contribuer à limiter les variations de conductivité dans la solution, ladite deuxième membrane délimitant un deuxième compartiment comprenant ladite deuxième électrode; caractérisé en ce qu'il consiste - à interposer, entre lesdites première et deuxième membranes, au moins une paire de membranes constituée d'une troisième membrane échangeuse d'ions de type opposé auxdites première et deuxième membranes et délimitant, avec ladite deuxième membrane, un troisième compartiment, et d'une quatrième membrane échangeuse d'ions de type identique à celui de ladite première membrane et délimitant avec cette dernière un quatrième compartiment, lesdites troisième et quatrième membranes délimitant un cinquième compartiment; - à amener ledit véhicule liquide contenant ladite suspension dans ledit troisième compartiment; - à organiser une circulation fermée dudit véhicule liquide entre lesdits troisième et quatrième compartiments, en réalisant une ultrafiltration de la solution à l'extérieur de la cellule de manière à contrôler la concentration;; - à organiser une circulation fermée entre lesdits deuxième et cinquième compartiments, de manière à récupérer dans ledit cinquième compartiment les ions en excès et ceux provenant des réactions aux électrodes, notamment les contre-ions respectifs des différentes particules.

De cette manière, même si la conductivité ionique initiale est excessive, on peut préserver un rendement optimal au dépôt électrophorétique.

La capacité d'élimination de cette conductivité ionique étant limitée par les caractéristiques propres des membranes, on peut prévoir en fonction de l'effet recherché d'ajouter autant de paires de membranes supplémentaires provoquant une électrodialyse.

Selon d'autres caractéristiques préférées de l'invention - si lesdites particules solides ont une charge négative résultante : ladite première électrode est constituée par une anode et lesdites première et deuxième membranes échangeuses d'ions sont des membranes échangeuses de cations; ladite troisième membrane étant une membrane échangeuse d'anions, et ladite quatrième membrane étant une membrane échangeuse de cations.

- si lesdites particules solides ont une charge positive résultante : ladite première électrode est constituée par une cathode et lesdites première et deuxième membranes échangeuses d'ions sont des membranes échangeuses d'anions; ladite troisième membrane étant une membrane échangeuse d'anions, et ladite quatrième membrane étant une membrane échangeuse de cations.

Afin d'éviter, dans le cas où plus de deux membranes sont utilisées, que des dépôts parasites de matières solides ne se produisent sur des membranes autres que la première membrane prévue à cet effet, on prévoit avantageusement de dimensionner l'épaisseur des compartiments, donc l'écartement entre les membranes, de sorte que la vitesse de circulation dans les compartiments délimités par des membranes ne devant pas recueillir de dépôt, soit telle qu'elle évite l'apparition de dépôts parasites. Cette variation d'épaisseur suivant les compartiments permet de faire varier la vitesse de circulation sans influer sur le débit dans les compartiments.Par exemple, on peut prévoir que le quatrième compartiment soit le plus épais de sorte que la vitesse de circulation dans celui-ci permette le dépôt sur la première membrane et que la vitesse de circulation dans les autres compartiments évite l'apparition de dépôts parasites sur les autres membranes.

La présente invention concerne également un appareil de mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprenant une cellule de séparation par dépôt électrophorétique dans laquelle sont disposées au moins une première électrode, et au moins une deuxième électrode espacées et de polarité opposée; au moins une première et une deuxième membranes échangeuses d'ions semi-perméables aux ions dont la polarité est opposée à la charge résultante desdites particules solides, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens d'alimentation de ladite suspension dans un troisième compartiment de ladite cellule délimité par lesdites première et deuxième membranes et des moyens de soutirage du véhicule liquide appauvri en matières solides depuis ledit troisième compartiment, - des moyens d'alimentation desdites électrodes en courant électrique continu, de manière à créer un champ électrique d'électrophorèse, - des moyens pour organiser une circulation fermée entre ledit troisième compartiment et un dispositif d'ultrafiltration.

Selon un autre mode de réalisation, elle concerne un appareil comprenant une cellule de séparation par dépôt électrophorétique dans laquelle sont disposées au moins une première électrode, et au moins une deuxième électrode espacées et de polarité opposée; au moins une première et une deuxième membranes échangeuses d'ions semi-perméables aux ions dont la polarité est opposée à la charge résultante desdites particules solides caractérisé en ce qu'il comporte - au moins une paire de membranes constituée d'une troisième membrane échangeuse d'ions de type opposé auxdites première et deuxième membranes, d'une quatrième membrane de type identique à celui desdites première et deuxième membranes;; - des moyens d'alimentation de ladite suspension dans un troisième compartiment de ladite cellule délimité par lesdites deuxième et troisième membranes et des moyens de soutirage du véhicule liquide appauvri en matières solides depuis un quatrième compartiment délimité par lesdites première et quatrième membranes; - des moyens d'alimentation desdites électrodes en courant électrique continu, de manière à créer un champ électrique d'électrophorèse; - des moyens pour organiser une circulation fermée entre ledit troisième compartiment, un dispositif d'ultrafiltration et un quatrième compartiment délimité par lesdites première et quatrième membranes;; - des moyens pour organiser une circulation fermée entre un cinquième compartiment délimité par lesdites troisième et quatrième membranes, un dispositif de récupération des sels composés par les ions en excès dans la suspension, les ions résultant des réactions aux électrodes, notamment les contre-ions respectifs des particules solides et un deuxième compartiment délimité par ladite première membrane et comprenant la première électrode.

Avantageusement, l'écartement entre lesdites deuxième et troisième membranes et entre lesdites troisième et quatrième membranes est inférieur à l'écartement entre lesdites première et quatrième membranes de sorte que la vitesse de circulation dans lesdits troisième et cinquième compartiments soit supérieure à la vitesse de circulation dans ledit quatrième compartiment.

On décrira maintenant plus en détail des formes de réalisations particulières de l'invention qui en feront mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les avantages, étant entendu toutefois que ces formes de réalisations sont choisies à titre d'exemple et qu'elles ne sont nullement limitatives.Leur description est illustrée par les dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention comportant deux membranes échangeuses de cations (MEC), pour le dépôt électrophorétique de particules à charges résultantes négatives;
- la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un appareil selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé décrit à la figure 1;
- la figure 3 est une vue schématique d'un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour le dépôt électrophorétique de particules solides à charges résultantes négatives, comportant une paire de membranes supplémentaire;;
- la figure 4 est une vue schématique d'un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour le dépôt électrophorétique de particules solides à charges résultantes positives, comportant une paire de membranes supplémentaire; et
- la figure 5 est une vue en coupe schématique d'un appareil selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé décrit à la figure 3.

En référence aux figures 1 et 2, un appareil de séparation des matières solides d'une suspension de matières solides, par exemple d'argile, représentée symboliquement par A- Na+ dans un véhicule liquide par dépôt électrophorétique comporte une cellule de dépôt électrophorétique 1, dans laquelle sont disposées une première électrode 2, ici une anode, et une deuxième électrode 3, ici une cathode. On prévoit d'interposer entre l'anode 2 et la cathode 3, une première membrane échangeuse d'ions 4, ici de cations (MEC), et entre cette première membrane 4 et la cathode 3, une deuxième membrane échangeuse d'ions 5, ici de cations (MEC).Des moyens d'alimentation (non représentés) de ladite suspension dans un troisième compartiment 6, délimité par les deux membranes, par un conduit d'alimentation 22 et des moyens de soutirage (par le ou les déversoirs 8) du véhicule appauvri en matières solides depuis ledit troisième compartiment 6 sont également prévus. On prévoit également des moyens d'alimentation (non représentés) desdites électrodes en courant électrique continu, de manière à ce que l'anode 2 constitue un pôle positif et la cathode 3 constitue un pôle négatif, afin de créer notamment un champ électrique d'électrophorèse.

On définit un premier compartiment 9 (anodique) entre l'anode 2 et la membrane 4 et un deuxième compartiment 10 (cathodique) entre la cathode 3 et la membrane 5. Ces deux compartiments sont alimentés en électrolytes appropriés respectivement par des conduits 11 et 13, tandis que les dégagements gazeux et les excès d'électrolytes sont soutirés respectivement par des conduits 12 et 14. Dans le cas représenté, c'est dans le compartiment cathodique 10 que les ions OH- se combinent avec les ions Na+, ce qui permet de régénérer la soude ou une autre base qui est utilisée pour la défloculation, et qui peut être recyclée sous forme suffisamment concentrée, justement pour réaliser cette défloculation de la suspension primitive.On peut organiser la circulation dans le compartiment cathodique 10, au moyen d'une première pompe 15 et récupérer la soude à l'aide d'un dispositif 16, afin de favoriser la limitation de la conductivité ionique, ce qui présente l'avantage de ne pas augmenter notablement le pH de la solution de la suspension entre les membranes 4 et 5. On organise également une circulation fermée entre le compartiment 6 et un dispositif d'ultrafiltration 18 au moyen d'une seconde pompe 17, d'un conduit d'amenée 7 et d'un conduit de dégagement 8.

On conçoit ainsi que lors de l'électrophorèse, les particules en suspension A- viennent se déposer 19 sur la membrane 4 sous forme de particules AH. D'autre part, le contre-ion positif, ici formé par l'ion Na+, dans la mesure où l'on a réalisé une défloculation à la soude, vient se combiner avec les ions OH- générés à la cathode 3, de manière à assurer l'électro-neutralité de la solution. Le dépôt 19 des particules AH ayant lieu sur la membrane échangeuse d'ions 4, on conçoit que cela protège l'anode 2 et évite son abrasion lors du raclage du dépôt 19. On conçoit que cela évite également la détérioration des qualités du dépôt 19 par les dégagements gazeux à l'électrode.

Dans le cas de particules solides à charge résultante positive (B+) on interpose deux membranes échangeuses d'anions (MEA) selon le même principe. On obtient alors un dépôt électrophorétique BOH sur la première MEA située côté cathode et le même fonctionnement général en reportant la pompe 15 et le dispositif 16 au compartiment anodique.

En référence à la figure 2, la MEC 4 est entralanée en rotation dans le sens de la flèche 20 et le dépôt 19 est récupéré dans un réservoir 21 et est séché par des moyens non représentés pour obtenir des matières sèches (AH).

On donne ci-après divers exemples de dépôts électrophorétiques réalisés avec l'appareil décrit à la figure 2, utilisant deux MEC, appliqué pour les exemples A,
B et C, à du carbonate de calcium (CaCO3) et pour les exemples D, E et F, à de l'argile (barbotine).

Dans tous ces exemples, les membranes échangeuses de cations sont des membranes IONAC type MC 3470.

EXEMPLES
A B C . Paramètres de dépôt électrophorétique - surface active des MEC (M2) 5,35 5,32 5,35 - écartement des MEC (cm) 3 3 3 tension entre électrodes (V) 52 47 52 - densité de courant (A/dm2) 2,6 2,6 2,6 - temps de contact du dépôt (mn) 1,2 1,2 1,2 . Paramètres de 1'ultrafiltration - surface active (m2) 6,79 3,45 16,02 - porosité (microns) 0,2 0,2 0,2 - vitesse tangentielle (m/s) 10 10 10 - différence de pression (bar) 5 5 5 - débit de filtrat (l/h.m2) 50 200 50 . Concentration en eau de la suspension (j)
. initiale 35,0 50,0 50,0
. dans le troisième compartiment
pendant le processus de dépôt 35,0 50,0 35,6 (résultat de l t ultrafiltration) . Résultats : - concentration en eau du dépot (%)
avant séchage 16,6 23,7 16,6 - rendement énergétique avant
séchage (kWh/T) 81 69 90 - vitesse de dépôt (kg/h.m2) 187 188 187 - rendement énergétique total après
séchage (pour 0% d'eau)
(kWh/T) 399 566 408
EXEMPLES
D E F . Paramètres de dépôt électrophorétique - surface active des MEC (M2) 5,75 5,68 5,75 - écartement des MEC (cm) 3 3 3 - tension entre électrodes (V) 63 55 63 - densité de courant (A/dm2) 2,6 2,6 2,6 - temps de contact du dépôt (mn) 1,2 1,2 1,2 . Paramètres de l'ultrafiltration - surface active (m2) 11,10 10,52 21,10 - porosité (microns) 0,1 0,1 0,1 - vitesse tangentielle (m/s) 10 10 10 différence de pression (bar) 5 5 5 - débit de filtrat (l/h.m2) 50 90 50 . Concentration en eau de la suspension (%)
initiale 50 60 60
dans le troisième compartiment
pendant le processus de dépôt 50 60 50,4 (résultat de l'ultrafiltration) . Résultats = - concentration en eau du dépôt (%)
avant séchage 30,8 35,6 30,8 - rendement énergétique avant
séchage (kWh/T) 107 94 117 - vitesse de dépôt (kg/h.m2) 174 176 174 - rendement énergétique total après
séchage (pour O % d'eau)
(kWh/T) 819 978 829
On constate de ces exemples que l'invention permet d'obtenir des dépôts de très bonne qualité avec un excellent rendement.

On constate notamment en comparant les exemples A,
B et C ou D, E et F qu'en faisant uniquement varier la surface active du dispositif d'ultrafiltration on détermine la concentration en matière sèche dans le troisième compartiment où se produit le dépôt. Ceci est particulièrement intéressant, notamment dans la mesure où cela permet d'optimiser le rendement global de séparation solide-liquide.

Ces exemples sont éloquents à propos de la possibilité d'augmenter la concentration de la suspension, sans changer les conditons de dépôt pour obtenir à la fois des compacités du dépôt et des vitesses d'extraction élevées.

On constate notamment pour la séparation solideliquide de CaCO3 en comparant les exemples A et B que la diminution de 15 % de la concentration en matière sèche de la suspension pendant le processus de dépôt entraîne une détérioration des résultats de dépôt qui se traduit par une augmentation de l'énergie totale de séparation solideliquide (dépôt + séchage) de + 167 KWh/t (+ 40 %).

Tandis que l'augmentation de la surface d'ultrafiltration essais C permet de ramener la suspension dans des conditions de dépôt comparable à l'essai A en partant d'une suspension analogue à l'essai B et cela avec une augmentation d'énergie totale limitée à 9 KWh/t (+ 2,25 %) soit un gain de 158 KWh/t entre les essais B et C (- 28 %).

On remarque également pour la séparation solideliquide d'argile, en comparant les essais D et E que la diminution de 10 % de la concentration en matière sèche de la barbotine entraîne une détérioration des résultats de dépôt qui se traduit par une augmentation de l'énergie totale de séparation solide-liquide de 159 KWh/t (20 %).

Tandis que l'augmentation de la surface d'ultrafiltration (essai F) permet de ramener la barbotine dans des conditions de dépôt comparable à l'essai D en partant d'une barbotine analogue à l'essai E et cela avec une augmentation d'énergie total limitée à 10 KWh/t (1,2 %) soit un gain de 149 KWh/t entre les essais E et F (- 18 %).

D'autres exemples pourraient montrer de façon analogue que l'augmentation des conductivités à teneur en particules constantes entraînerait une détérioration des résultats de dépôt qui se traduirait par une augmentation sensible de l'énergie totale de séparation solide liquide.

Alors que cette augmentation pourrait être limitée par augmentation de la surface d'ultrafiltration et ajout d'eau déminéralisée ou par ajout d'une ou plusieurs paires de membranes.

Les représentations des figures 3 et 5 montrent un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, et de réalisation de l'appareil selon l'invention.

Cette représentation s'applique à une suspension de matières solides représentée symboliquement par A-Na+ dans un véhicule liquide contenant également des ions en excès représentés symboliquement par Cl-.

Dans une cellule de dépôt électrophorétique 30, sont disposées une première électrode 31 (anode), une
seconde électrode 32 (cathode), et deux membranes échan
geuses de cations 33 et 34 interposées entre les deux
électrodes. Ces MEC définissant un premier compartiment 35
(anodique) et un second compartiment 36 (cathodique).

Afin d'éliminer la conductivité ionique présente
initialement de manière excessive sous l'effet des ions Cl
on prévoit d'interposer entre les deux MEC 33 et 34 une
paire de membranes constituée d'une troisième membrane
échangeuse d'anions 37 (MEA) délimitant avec la deuxième
MEC 34 un troisième compartiment 38 et d'une quatrième membrane échangeuse de cations 39 (MEC) délimitant avec la première membrane 33 recevant le dépôt 40 un quatrième
compartiment 41.

On prévoit des moyens d'alimentation (non représentés) de ladite suspension dans le troisième compartiment
38 par un conduit d'alimentation 59 et des moyens de souti
rage (par le ou les déversoirs 43) du véhicule appauvri en matière solide depuis le quatrième compartiment 41.

Les moyens d'alimentation électriques (non représentés) prévus sont identiques à ceux de la figure 1.

Les compartiments 35 et 36 sont alimentés en électrolytes appropriés respectivement par des conduits 44,
45, tandis que les dégagements gazeux et les excès d'électrolytes sont soutirés respectivement par des conduits 46, 47.

Les conduits 45 et 47 constituent également des moyens pour organiser une circulation fermée entre le deuxième compartiment 36 et un cinquième compartiment 48 délimité par la MEA 37 et la MEC 39. A cet effet, des conduits, respectivement d'amenée 49 et de dégagement 50, sont prévus dans le compartiment 48 pour coopérer avec les conduits 47 et 45. Une première pompe 51 et un dispositif 52 de récupération des sels NaCl et de la soude NaOH sont intercalés entre les conduits 50 et 45.

Selon une variante de réalisation non représentée, on peut également prévoir, au lieu d'organiser une circulation fermée entre le deuxième compartiment 36 et le cinquième compartiment 48, d'organiser une circulation fermée d'une part entre le deuxième compartiment 36 et un dispositif de récupération des ions en excès (NaOH), et d'autre part entre le cinquième compartiment 48 et un dispositif de récupération des ions provenant de la réaction (sels NaCI).

Pour réaliser une ultrafiltration du véhicule liquide contenant la suspension, et ainsi maintenir la concentration en matières sèches dans les compartiments 38 et 41 à une valeur déterminée, on prévoit pour chacun de ces compartiments un conduit d'amenée 42, 53 et un conduit de dégagement 54, 43 contribuant à organiser une circulation fermée du véhicule liquide entre ces compartiments. Une deuxième pompe 55 et un dispositif d'ultrafiltration 56 sont intercalés entre les conduits 43 et 42.

En référence à la figure 5, la MEC 33 est entral- née en rotation dans le sens de la flèche 57 et le dépôt 40 est récupéré dans un réservoir 58, et est séché par des moyens non représentés pour obtenir des matières sèches (AH).

En référence à la figure 4, dans le cas de parti cules solides à charges résultantes positives (B+) on interpose dans une cellule 60 une paire de membranes, (une troisième membrane (MEC) 61 et une quatrième membrane (MEA) 62) entre deux MEA 63 et 64. La première électrode est constituée par une cathode 65, alors que la deuxième électrode est constituée par une anode 66. Le dépôt (BOH) 67 s'effectue sur la première MEA 63 côté cathodique dans le quatrième compartiment 68.L'ultrafiltration est réalisée entre les troisième 69 et quatrième 68 compartiments au moyen d'une deuxième pompe 70 et d'un dispositif d'ultrafiltration 71, tandis que des sels NaCl (les ions en excès étant dans ce cas représentés symboliquement par Na+) et de l'acide chlorydrique (HCl) sont récupérés au moyen d'un dispositif 72, une circulation étant organisée à l'aide d'une première pompe 73 entre le second compartiment 74 (anodique) et le cinquième compartiment 75 délimité par la MEC 61 et la MEC 62. La récupération HCl et NaCl peut être, comme précédemment, séparée en organisant deux circuits distincts.

Cette figure ne sera pas décrite plus avant étant donné que son fonctionnement et les moyens utilisés sont similaires à ceux décrits en référence à la figure 4.

L'appareil pouvant être utilisé dans ce cas est similaire à celui représenté à la figure 5; il suffit d'inverser la polarité des électrodes, de le munir de membranes appropriées et d'organiser la circulation en conséquence à l'extérieur de la cellule.

En fonction de la quantité de contre-ions en excès présents initialement dans le véhicule liquide, on peut prévoir d'interposer d'autres paires de membranes afin d'accroître la capacité de la cellule à éliminer des sels.

Dans toutes les figures, les moyens de circulation ont été représentés schématiquement pour des raisons de clarté.

Naturellement, l'invention n1 est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails des modes de réalisation particuliers choisis pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées aux réalisations particulières qui ont été décrites à titre d'exemples et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Ces dernières englobent ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Procédé de séparation par dépôt électrophorétique de matières solides d'une suspension desdites matières solides dans un véhicule liquide comprenant dans une cellule de dépôt électrophorétique: - le passage d'un courant électrique dans ladite suspension entre au moins deux électrodes espacées constituées par au moins une anode et au moins une cathode de manière à récupérer lesdites matières solides au voisinage d'une première desdites électrodes, sous forme d'une couche ou gâteau desdites matières solides, sur une première membrane intermédiaire échangeuse d'ions, afin d'éviter un contact du dépôt sur ladite première électrode; ladite première membrane étant semi-perméable aux ions dont la polarité est identique à celle de ladite première électrode et délimitant un premier compartiment comprenant ladite première électrode; - l'interposition d'une deuxième membrane échangeuse d'ions de type identique à celui de ladite première membrane entre cette dernière et une seconde électrode de polarité opposée à celle de ladite première électrode, de manière notamment à contribuer à limiter les variations de conductivité dans la solution, ladite deuxième membrane délimitant un deuxième compartiment comprenant ladite deuxième électrode et l'espace entre lesdites première et deuxième membranes définissant un troisième compartiment, caractérisé en ce qu'il consiste

- à amener ledit véhicule liquide contenant ladite suspension entre lesdites première et deuxième membranes,

- à organiser une circulation fermée entre ledit troisième compartiment et un dispositif d'ultrafiltration externe à ladite cellule, de manière à maintenir la concentration de particules solides dans le véhicule liquide à une valeur déterminée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à - surdimensionner ledit dispositif d'ultrafiltration par rapport aux dimensions nécessaires pour maintenir la concentration de particules solides à ladite valeur déterminée de manière à réguler la conductivité ionique en excès - amener, dans un circuit créé par l'organisation de ladite circulation fermée, de l'eau déminéralisée de manière à compenser les variations de concentration dues aux surdimensionnements dudit dispositif d'ultrafiltration.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 de séparation par dépôt électrophorétique de matières solides d'une suspension desdites matières solides dans un véhicule liquide, comprenant dans une cellule de dépôt électrophorétique - le passage d'un courant électrique dans ladite suspension entre au moins deux électrodes espacées constituées par au moins une anode et au moins une cathode de manière à récupérer lesdites matières solides, au voisinage d'une première desdites électrodes, sous forme d'une couche ou gâteau desdites matières solides, sur une première membrane intermédiaire échangeuse d'ions, afin d'éviter un contact du dépôt sur ladite première électrode; la polarité étant identique à celle de ladite première électrode et délimitant un premier compartiment comprenant ladite première électrode, - l'interposition d'une deuxième membrane échangeuse d'ions de type identique à celui de ladite première membrane entre cette dernière et une seconde électrode de polarité opposée à celle de ladite première électrode, de manière notamment à contribuer à limiter les variations de conductivité dans la solution, ladite deuxième membrane délimitant un deuxième compartiment comprenant ladite deuxième électrode, caractérisé en ce qu'il consiste - à interposer, entre lesdites première et deuxième membranes, au moins une paire de membranes constituée d'une troisième membrane échangeuse d'ions de type opposé auxdites première et deuxième membranes, et délimitant avec ladite deuxième membrane, un troisième compartiment et d'une quatrième membrane échangeuse d'ions de type identique à celui de ladite première membrane et délimitant avec cette dernière un quatrième compartiment, lesdites troisième et quatrième membranes délimitant un cinquième compartiment, - à amener ledit véhicule liquide contenant ladite suspension dans ledit troisième compartiment; - à organiser une circulation fermée dudit véhicule liquide entre lesdits troisième et quatrième compartiments, en réalisant une ultrafiltration de la solution à l'extérieur de la cellule de manière à contrôler la concentration; - à organiser une circulation fermée entre lesdits deuxième et cinquième compartiments, de manière à récupérer dans ledit cinquième compartiment les ions en excès et ceux provenant des réactions aux électrodes notamment les contre-ions respectifs des différentes particules.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites particules solides ont une charge négative résultante, en ce que ladite première électrode est constituée par une anode et en ce que lesdites première et deuxième membranes échangeuses d'ions sont des membranes échangeuses de cations;

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites particules solides ont une charge positive résultante, en ce que ladite première électrode est constituée par une cathode et en ce que lesdites première et deuxième membranes échangeuses d'ions sont des membranes échangeuses d'anions.

6. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite troisième membrane est une membrane échangeuse d'anions, et en ce que ladite quatrième membrane est une membrane échangeuse de cations.

7. Procédé selon la revendication 3 ou 5, caractérisé en ce que ladite troisième membrane est une membrane échangeuse de cations, et en ce que ladite quatrième membrane est une membrane échangeuse d'anions.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour la production d'un dépôt électrophorétique de particules solides dans une suspension, caractérisé en ce qu'il consiste - à organiser la circulation fermée du véhicule liquide à travers un dispositif d'ultrafiltration; - à dimensionner la taille des pores de la surface active de ce dispositif de sorte que les particules solides ne les traversent pas - à dimensionner la surface active et à fixer la vitesse tangentielle du véhicule liquide dans le dispositif d'ultrafiltration en fonction de la concentration en matière solide que l'on veut maintenir dans le troisième compartiment (ou dans les troisième et quatrième compartiments).

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à dimensionner l'épaisseur des compartiments de sorte que la vitesse de circulation dans les troisième et cinquième compartiments soit propre à éviter des dépôts de matières solides sur les troisième et quatrième membranes.

10. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4, 5, 8, comprenant une cellule (1) de séparation par dépôt électrophorétique dans laquelle sont disposées au moins une première électrode (2) et au moins une deuxième électrode (3) espacées et de polarité opposée; au moins une première (4) et une deuxième (5) membranes échangeuses d'ions semiperméables aux ions dont la polarité est opposée à la charge résultante desdites particules solides, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens d'alimentation de ladite suspension dans un troisième compartiment (6) de ladite cellule (1) délimité par lesdites première et deuxième membranes et des moyens de soutirage du véhicule liquide appauvri en matières solides depuis ledit troisième compartiment (6); - des moyens d'alimentation desdites électrodes (2, 3) en courant électrique continu, de manière à créer un champ électrique d'électrophorèse; - des moyens (7, 8, 17) pour organiser une circulation fermée entre ledit troisième compartiment (6) et un dispositif d'ultrafiltration (18).

11. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon 11 une quelconque des revendications 1 à 9 comprenant une cellule (30, 60) de séparation par dépôt électrophorétique dans laquelle sont disposées au moins une première électrode (31, 65) et au moins une deuxième électrode (32, 66) espacées et de polarité opposée; au moins une première (33, 63) et une deuxième (34, 64) membranes échangeuses d'ions semi-perméables aux ions dont la polarité est opposée à la charge résultante desdites particules solides caractérisé en ce qu'il comporte - au moins une paire de membranes constituée d'une troisième membrane échangeuse d'ions (37, 61) de type opposé auxdites première (33, 63) et deuxième (34, 64) membranes, d'une quatrième membrane (39, 62) de type identique à celui desdites première (33, 63) et deuxième (34, 64) membranes; - des moyens d'alimentation de ladite suspension dans un troisième compartiment (38, 69) de ladite cellule (30, 60) délimité par lesdites deuxième et troisième membranes et des moyens de soutirage du véhicule liquide appauvri en matières solides depuis un quatrième compartiment (41, 68) délimité par lesdites première et quatrième membranes;; - des moyens d'alimentation desdites électrodes (31, 32; (65, 66) en courant électrique continu, de manière à créer un champ électrique d'électrophorèse; - des moyens (42, 43, 53, 54, 55; 42, 43, 53, 54, 70) pour organiser une circulation fermée entre ledit troisième compartiment (38; 69), un dispositif d'ultrafiltration (56; 71) et un quatrième compartiment (41; 68) délimité par lesdites première et quatrième membranes; - des moyens (45, 47, 49, 50, 51; 45, 47, 49, 50, 73) pour organiser une circulation fermée entre un cinquième compartiment (48; 75) délimité par lesdites troisième et quatrième membranes, un dispositif (52; 72) de récupération des sels composés par les contre-ions respectifs des particules solides et un deuxième compartiment (36; 74), délimité par ladite première membrane et comprenant la première électrode.

12. appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'écartement entre lesdites deuxième (34,64) et troisième (37,61) membranes et entre lesdites troisième (37,61) et quatrième (39,62) membranes est inférieur à l'écartement entre lesdites première (33,63) et quatrième (39,62) membranes de sorte que la vitesse de circulation dans lesdits troisième (38,69) et cinquième (48,75) compartiments soit supérieure à la vitesse de circulation dans ledit quatrième compartiment (41,68).