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Auteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur à l’Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL) - Directeur du Centre de Recherche sur la Valorisation des Minerais (CRVM)Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM) − CNRS UMR 75-69 (ENSG-INPL)
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El-Aïd JDID : Docteur ès Sciences - Ingénieur de Recherche au CRVM, LEM − CNRS UMR 75-69 (ENSG-INPL)
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Jean-Luc BERSILLON : Doctor of Philosophy - Professeur à l’INPL − LEM UMR 75-69 (ENSG-INPL)
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Lire l’articleINTRODUCTION
La décantation est une opération unitaire, parmi les techniques de séparation liquide-solide basées sur le phénomène de sédimentation, qui consiste à séparer d’un liquide les particules en suspension en utilisant les forces gravitaires. Les procédés mis en œuvre diffèrent selon que l’on recherche seulement à augmenter la concentration des solides (épaississage) ou que l’on vise à obtenir un liquide clair à partir d’une suspension diluée (clarification).
La sédimentation est réalisée sur différents types de matières solides en suspension, parmi lesquelles on peut distinguer deux comportements opposés : celui des particules grenues, qui décantent indépendamment les unes des autres, et celui des particules plus ou moins floculées, qui ont des vitesses de chute variables, fonction de la taille des flocs et de leur abondance.
La théorie de la décantation et la procédure de dimensionnement des appareils tiennent compte de ces considérations.
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Détermination expérimentale des vitesses de sédimentation
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2. Vitesse de sédimentation des particules dans un liquide
La théorie de la sédimentation de solides fins dans un liquide, qui obéit à la loi de Stokes, montre que la vitesse de chute d’une particule est proportionnelle à la différence des masses volumiques entre la particule et le liquide et au carré de la dimension de la particule. En conséquence, tout phénomène susceptible d’augmenter le diamètre des particules favorise la sédimentation de façon très significative, de sorte que la floculation est devenue une partie intrinsèque de la sédimentation. La plupart des matériaux en suspension dans un liquide sont naturellement floculés et, de ce fait, peuvent être concentrés par sédimentation, bien que celle-ci soit parfois très lente.
2.1 Suspensions diluées
Lorsque la concentration en volume des solides en suspension est inférieure à 0,5 %, on considère que les particules sont suffisamment éloignées les unes des autres et que, de ce fait, chacune d’entre elles sédimente comme si elle était isolée dans le liquide. En fonction du nombre de Reynolds de la particule, il existe trois régimes de sédimentation : un régime laminaire ou régime de Stokes, un régime de transition et un régime turbulent ou régime de Newton.
Dans un fluide, un solide en mouvement libre est soumis à trois forces :
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son poids, fonction de sa masse volumique ( ρs ), de son volume et de l’accélération gravitaire (g ) ;
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la poussée d’Archimède, fonction de la masse volumique du fluide ( ρf ), du volume du solide et de l’accélération (g ) ;
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les forces de frottement, fonction du carré de la vitesse relative du solide par rapport au fluide, du maître-couple (surface de la projection, égale à πd 2/4 pour une sphère de diamètre d ) et du coefficient de traînée du solide dans le fluide (Cx ), qui varie en fonction de la forme et du nombre de Reynolds (Re) de la particule.
Après un certain temps de chute accélérée, une particule atteint une vitesse limite de chute (U lim). Dans le cas d’une particule sphérique...
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