Analyse physique et modélisation de la séparation centrifuge de particules ultrafines en film fluant : application au séparateur industriel Falcon

Physical analysis and modelling of centrifuge separation of ultrafine particles in a flowing film : application to the Falcon concentrator

• Auteur / Autrice : Jean-Sébastien Kroll-Rabotin
• Direction : Florent Bourgeois, Éric Climent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnment
• Date : Soutenance le 03/12/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Séparation physique

Transport particulaire

Ultrafines

Sédiment

Film fin

Fluide

Process modelling

Physical separation

Particle

Ultratine

Sediment

Thin film

Fluid

Résumé

Les concentrateurs Falcon permettent de séparer des particules en fonction de leur densité. Leur capacité à traiter des débits de suspension importants rend leur utilisation courante dans les procédés miniers. Dans les gammes de tailles ultrafines (entre 1 et 100 μm), leur coupure devient à la fois granulométrique et densimétrique. Ce travail a porté sur la compréhension de leur physique et de ses limites. Une analyse de leurs mécanismes de séparation a abouti à une loi d’échelle analytique, validée expérimentalement. Des investigations plus complètes appliquées aux suspensions ultrafines ont été réalisées numériquement. Finalement un critère physique liant la gamme de taille à séparer aux densités des différentes fractions a été explicité et appliqué à la valorisation de sédiments fins.

Enhanced gravity separators are widely used in minerals beneficiation, as their superior gravity field enables them to separate particles within narrow classes of density and size. This study aims to shed light on the Falcon concentrator’s ability to separate particles with size and density ranges lower than usual, 1 to 100 micrometers and 1.2 to 3.0 s.g. respectively. Differential particle settling being identified as the prevailing separation mechanism under such conditions, this study couples a theoretical and numerical approach with targeted experiments to build a predictive Falcon separation model that embeds phenomenological fluid and particle flow analysis. Based on this model, physical limitations were identified and quantified through explicit relations between operating parameters, and particle size and density ranges. Falcon’s efficiency to beneficiate dredged sediments was characterized in this way.