large qu’avec la configuration #1 et l’effet couronne est conservé.
Chaque expérience a été effectuée sur 50 g de mélange avec une vitesse de rotation de
l’électrode cylindrique fixée à 40 tr.min-1
. L’humidité relative était comprise entre 61,1 % et 63,5 % et la température entre 18,5°C et 19°C. Pour toutes les configurations, l’erreur expérimentale était de 7,4 %.
IV-4.2. Comparaison des résultats obtenus avec trois configurations d’électrodes haute tension
Configuration #1 :
Avec cette configuration, une tension de 18 kV a été utilisée pour mener les expériences. Une valeur de la tension plus élevée attire trop fortement les particules d’aluminium, elles
impactent ainsi les électrodes haute tension et diminuent ainsi l’efficacité de la séparation.
Toutefois, cette valeur permet de créer un effet couronne efficace, ce qui n’est pas le cas avec une tension moins élevée.
La figure IV–26 montre les résultats expérimentaux de cette séparation. Quasiment toutes les particules isolantes contenues dans le mélange initial sont récupérées dans les compartiments C3 et C4 ce qui signifie que la séparation conducteur – isolant est correcte. Cependant, la majorité de ces particules est collectée dans C3, ce qui implique qu’elles ne
sont pas suffisamment chargées par la décharge couronne pour être récupérées dans C4. Ceci
s’explique par la valeur limitée de la haute tension qui détermine l’efficacité de la charge.
Figure IV-26 : Distribution des particules dans les 4 compartiments du collecteur pour la configuration #1.
56,7 % du cuivre est récupéré dans C2. Cette récupération est relativement faible car
131
l’aluminium initialement présent dans le mélange est également collecté dans ce
compartiment.
Malgré cette faible valeur de tension, quelques particules d’aluminium impactent les électrodes liées à la haute tension et sont ainsi déviées vers les compartiments C3 et C4.
Configuration #2 :
Cette configuration donnait de bons résultats pour la séparation électrostatique d’un mélange cuivre – aluminium. La tension appliquée était de 20 kV. Il a été prouvé que cette tension est optimale pour cette configuration.
Ainsi, 25,3 % des particules d’aluminium sont collectées dans la trappe plastique (figure IV–27). Le taux de récupération de l’aluminium dépasse 46 % en considérant également le produit dans C1. En l’absence de décharge couronne, les particules d’isolants tombent
principalement dans C3, qui contient aussi la majorité des particules de cuivre (54,5 %). Les taux de récupération et de pureté du cuivre dans C2 sont faibles (respectivement 28 % et 88,4 %).
Figure IV-27 : Distribution des particules dans les 4 compartiments du collecteur pour la configuration #2.
Dans cette configuration, la séparation cuivre – aluminium est satisfaisante (seulement 33,7 % de l’aluminium est récupéré dans C2, ce qui représente une amélioration de 100 % par rapport à la configuration #1) mais l’absence de décharge couronne diminue significativement
l’efficacité de la séparation conducteur – isolant. Configuration #3 :
Conformément aux essais précédents : (1) le tri des particules isolantes impose
l’utilisation d’une décharge couronne, comme pour la configuration #1 ; (2) le tri des particules d’aluminium est facilité par un champ électrique étendu produit par la plaque en
« S » inversée et sa trappe, comme pour la configuration #2. La configuration #3 espère combiner les avantages des deux autres configurations en utilisant simultanément un effet
132
couronne (par le biais d’un fil de cuivre) et un champ électrique étendu grâce à la plaque en
« S » inversée. La tension appliquée lors de ces expériences a été la même que pour la configuration #1, c’est-à-dire 18 kV.
La figure IV–28 montre la répartition des particules dans chaque compartiment du collecteur. La plupart des particules isolantes (73,9 %) sont récupérées en C4. La présence de
la plaque, qui génère un champ électrique étendu, augmente l’effet d’adhésion de ces
particules sur l’électrode cylindrique tournante. Seulement 12,9 % de l’aluminium est capturé
par la trappe ce qui est plus faible qu’avec la configuration #2. Ceci est dû à la présence du fil créant l’effet couronne. Dans C1 et C2, 80,9 % du cuivre est récupéré avec une pureté de 92,9 %. Cette configuration donne les meilleurs résultats de séparation malgré que 60 % de
l’aluminium reste présent avec le cuivre.
Figure IV-28 : Distribution des particules dans les 4 compartiments du collecteur pour la configuration #3.
Figure IV-29 : Distribution des particules dans les 4 compartiments du collecteur après traitement des compartiments C1 et C2 issus d'une première sépa ration avec la configuration #3.
133
Afin d’augmenter la pureté du cuivre, le fil « couronne » a été retiré et le produit contenu
dans C1 et C2 a été retraité en utilisant la configuration #2, qui est la plus efficace pour la séparation d’un mélange conducteur – conducteur (figure IV–29). Ainsi, 16,7 % de
l’aluminium présent dans ce nouveau mélange a été collecté dans la trappe et 36,1 % dans C1. 64,6 % du cuivre présent dans le mélange initial (avant tout traitement) est récupéré dans
C2 avec une pureté de 98 %. Ainsi, 75 % de l’aluminium et quasiment toutes les particules isolantes (99,97 %) ont été séparées.
Actuellement, pour des raisons financières et commerciales, l’entreprise CITF ne
souhaite pas modifier le prototype PRD pour tester ce type de séparation.
IV-5. Conclusions
La corrélation entre les simulations numériques et les observations expérimentales des trajectoires des particules est efficace pour simuler ces procédés de séparation électrostatiques et évaluer la faisabilité de la séparation de certains mélanges.
D’autres études sont nécessaires pour améliorer le modèle numérique afin de le faire
correspondre totalement aux résultats expérimentaux. La distribution de tailles des particules, leurs formes (notamment pour les particules d’aluminium) et la configuration du collecteur peuvent être ajoutées au modèle numérique. Cela permettrait de prédire les masses de chaque type de particules dans chaque compartiment du collecteur et de réduire le travail
expérimental nécessaire à l’optimisation des procédés de séparation électrostatiques.
L’analyse statistique des trajectoires des particules visualisées par caméra rapide nécessite d’être approfondie afin de pouvoir déterminer quantitativement l’influence des
rebonds des particules contre les électrodes.
La séparation électrostatique d’un mélange de particules de cuivre nu et étamé est difficile à cause de leurs caractéristiques similaires. Trois géométries d’électrodes ont été
testées et mènent aux conclusions suivantes :
- l’utilisation de la plaque en « S » inversée donne les meilleurs résultats de séparation
et permet de récupérer 55,4 % du cuivre nu dans un produit ayant un contenu en cuivre supérieur à 85 %,
- de bons résultats de séparation sont espérés en utilisant une stratégie à trois modules
de séparation en série afin de traiter plusieurs fois le « produit cuivre nu » pour améliorer sa pureté et sa récupération.
L’aluminium et le cuivre, deux métaux présents dans beaucoup de déchets de câbles
électriques, peuvent être séparés par un séparateur électrostatique à tambour utilisant une plaque en « S » inversée avec de très hauts degrés de pureté.
- une trappe métallique fixée à l’électrode haute tension augmente la pureté du cuivre
séparé. Cependant, la modification du champ électrique résultant de sa présence diminue sa récupération,
134
- la trappe plastique fixée à la plaque ne modifie pas le champ électrique. Ainsi, la
pureté du cuivre augmente (98,9 %) sans modifier sa récupération (68,4 %). De plus, 21,3 %
de l’aluminium est récupéré dans cette trappe avec une pureté de 73,7 %. Les autres
compartiments peuvent être traités une nouvelle fois pour encore améliorer les résultats de séparation.
Pour le mélange cuivre – aluminium – isolants :
- une décharge couronne doit être utilisée pour charger les particules isolantes afin qu’elles adhèrent à l’électrode cylindrique tournante,
- un champ électrique étendu comme celui généré par la plaque en « S » inversée est nécessaire pour séparer l’aluminium du reste du mélange,
- un compromis doit être fait entre deux phénomènes opposés : la haute tension appliquée au système d’électrode doit être suffisamment importante pour générer la décharge
couronne nécessaire au chargement des particules isolantes mais dans certaines limites afin que seules les particules d’aluminium soient attirées dans la trappe et dans C1,
- la récupération des trois constituants du mélange considéré dans cette étude est encore
améliorée par une séparation en deux temps. Ainsi, il est possible d’obtenir un cuivre pur à 98 %.
135
SEPARATION
ELECTROSTATIQUE
DE
MELANGES
GRANULAIRES ISOLANT – ISOLANT
Les déchets d’équipements électriques et électroniques sont composés de nombreux
conducteurs mais aussi de plusieurs isolants. La séparation électrostatique de ces isolants nécessite leur chargement triboélectrique. Plus la charge des particules est élevée, plus la séparation électrostatique sera efficace. Il est donc nécessaire de développer des dispositifs de charge triboélectrique performants. Un tel dispositif a été conçu et construit par la société CITF.
Une étude de laboratoire a été faite sur la charge et la séparation de particules isolantes. Cela a permis à la société CITF de modifier son installation prototype PRD afin de le rendre opérationnel pour de tels mélanges.
Dans un premier temps, le dispositif de charge à cylindre tournant conçu et construit par
CITF a été caractérisé en laboratoire afin d’obtenir les meilleures conditions de charge
possibles. De plus, deux séries triboélectriques (une pour chaque type de tube) ont été faites
sur neufs matières différentes dans le but d’appréhender au mieux les séparations
électrostatiques de certaines combinaisons de ces polymères. Cette étude est décrite dans le paragraphe V-1.
Les expériences de séparation électrostatique, effectuées sur une installation de laboratoire fournie par la société Prodecologia, sont présentées dans le paragraphe V-2.
L’influence de chaque type de cylindre du dispositif de charge ainsi que les deux polarités de
la tension appliquée à l’électrode de profil NACA (profil d’aile d’avion) du séparateur ont été étudiés.
Enfin, une application industrielle a pu être effectuée sur l’installation prototype PRD
(paragraphe V-3) mettant en évidence l’influence de la tension appliquée au système d’électrodes sur la récupération et la pureté des produits de séparation.