Détermination de la fréquence de collision entre bulles et particules dans les procedes de flottation



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Détermination de la fréquence de collision entre bulles et particules dans les procedes de flottation

SARROT Vincent1-2, GUIRAUD Pascal1, LEGENDRE Dominique2

: Lab. Ing. Proc. de l'Environnement INSAT, 135 av de Rangueil, 31077 Toulouse cedex4

2 : Inst. Nat. Méca. Flu. de Toulouse, 1 allée Prof. Camille Soula, 31400 Toulouse

vincent.sarrot@insa-tlse.fr, pascal.guiraud@insa-tlse.fr, legendre@imft.fr

Résumé
L’industrie minière et de traitement des eaux utilise le procédé de flottation pour éliminer des particules solides en suspension. Le principe de base est la capture de ces particules par des bulles d’air qui les emportent jusqu’à la surface où elles sont éliminées. La conception d’une installation industrielle requiert par conséquent l’évaluation de l’efficacité de capture des particules par les bulles, qui dépend à la fois de l’hydrodynamique et de la physico-chimie. L’efficacité de capture définie comme le rapport entre le nombre de particules capturées et le nombre de particules « vues » par la bulle le long de sa trajectoire se sub-divise en trois sub-efficacités rendant compte de la dynamique de rencontre, du processus d’attachement et de la stabilité de la liaison alors formée. Cette étude se focalise sur le mécanisme de collision entre une bulle et des particules dont le diamètre reste inférieur à quelques pourcents du diamètre de la bulle. Cette situation correspond à celle rencontrée classiquement dans beaucoup de procédés de flottation. Le travail présenté ici se limite aux bulles sphériques se déplaçant à leur vitesse terminale d’ascension (le nombre de Reynolds de la bulle est inférieur à 300) dans un liquide au repos contenant des particules solides. La détermination de l’efficacité s’appuie sur la simulation numérique directe (DNS) et des mesures expérimentales.

D’un point de vue numérique, la simulation de l’écoulement autour d’une bulle est associée à un suivi lagrangien de particules distribuées de manière uniforme. Pour les particules dont le nombre de Stokes est très inférieur à 1, leur trajectoire est confondue avec les lignes de courant du fluide. Dans ce cas, l’efficacité de collision ne dépend que de la structure de l’écoulement autour de la bulle et de la taille des particules (le long d’une ligne de courant, une particule ne rencontre la bulle que si elle est suffisamment grande). Les simulations numériques couvrent une large gamme des paramètres caractéristiques du problème à savoir le diamètre des particules ramené à celui des bulles ainsi que le nombre de Reynolds de la bulle et le degré de mobilité de sa surface. Les résultats sont comparés à de précédents modèles établis pour des domaines plus restreints. Ces résultats mettent notamment en relief l’effet de la mobilité partielle de la surface de la bulle, effet qui n’est pour l’instant pas pris en compte dans les modèles usuels de flottation.



D’un point de vue expérimental, une cellule de flottation à bulles isolées à été conçue dans le but de mesurer l’efficacité de collision. Un petit nombre de petites bulles sphériques sont produites par un capillaire dans une zone d’eau pure. Les bulles remontent en traversant une suspension de micro-billes de verre rendues hydrophobes par un traitement préalable au silicone. Les particules capturées par la bulle sont remontées jusqu’à la surface en traversant une zone d’eau pure afin de nettoyer leur sillage de particules non capturées mais entraînées dans celui-ci. Les particules sont ensuite dénombrées dans un compteur de particules. En considérant que compte tenu de l’hydrophobie importante des particules l’efficacité globale se réduit à l’efficacité de collision, les expérimentations actuellement en cours seront confrontées aux résultats numériques.
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