Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

L’aluminium est un produit industriel des plus demandés et la production mondiale ne cesse de croître. Les industries minières doivent satisfaire la demande tout en restant compétitives. Pour ce faire, la compréhension des phénomènes physiques en action dans les procédés de séparation solide/liquide permet d’optimiser certaines composantes géométriques ainsi que les conditions d’opération afin d’obtenir un meilleur rendement des classificateurs. Le projet de recherche a pour but d’optimiser la séparation des particules fines et grossières d’un classificateur à lit fluidisé pour le traitement minier de la bauxite sous forme de pisolite. La séparation des particules s’effectue à l’aide du phénomène de sédimentation, chute de particules sous l’effet de la force de gravité, ainsi qu’un flux ascendant d’eau. Le classificateur a pour rôle de séparer les fines particules de pisolite (fraction de bauxite non utilisée) en les acheminant à la surverse et de récupérer les grosses particules par les sousverses pour le procédé en aval (procédé Bayer). Pour simuler le processus de classification, un modèle mathématique multiphasique 3D en régime transitoire a été développé. Ce modèle prend en compte la géométrie réelle du classificateur ainsi que plusieurs classes de particules afin de représenter la granulométrie du fluide particulaire. Le modèle mathématique représente l’écoulement multiphasique à l’aide d’équations aux dérivées partielles qui prennent en compte les lois de comportement qui régissent la séparation des particules et les interactions entre les phases en milieux denses. Les propriétés physiques à l’intérieur des lois de comportement sont basées sur des corrélations semi-empiriques fondées sur les résultats obtenus lors d’essais expérimentaux réalisés sur un classificateur à échelle réduite (CER) opéré en continu. Le CER est composé d’un réservoir cylindrique avec une surverse, un puits d’alimentation avec un cône de diffusion, une chambre du plénum avec un diffuseur à fond plat et quatre orifices à la sousverse pour la décharge du solide. Le CER permet d’observer le comportement du fluide multiphasique, mélange de bauxite et d’eau, dans la totalité du classificateur à l’aide de parois transparentes. Pour les simulations numériques, le fluide multiphasique (solide-liquide) est représenté par 5 phases de classes de particules et une phase liquide pour l’eau. Les conditions aux limites de type Dirichlet et Neumann varient dans le temps pour représenter l’opération du classificateur en usine. Les simulations numériques du classificateur à lit fluidisé sont validées à partir de données d’usine en temps réel et de campagnes de mesures. Les résultats numériques, malgré les approximations requises pour les calculs, permettent de prendre connaissance du comportement des écoulements (vitesse, pression, débit…) afin d’optimiser le rendement du classificateur, et cela à moindre coût en comparaison avec une étude expérimentale. Par la suite, une étude paramétrique sert à optimiser certaines composantes géométriques ainsi que les conditions d’opération du classificateur à lit fluidisé.