La présente invention concerne un procédé de séparation d’un mélange comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, le mélange se chargeant par effet triboélectrique et passant dans un ou plusieurs champ(s) électrique(s) pour séparer le mélange entre au moins un premier mélange riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange riche en granules du deuxième matériau.

L’invention concerne aussi une installation correspondante.

L’effet triboélectrique est un phénomène électrostatique par lequel au moins deux matériaux de nature différente s’électrisent mutuellement par contact. Des électrons de l’un sont transférés à l’autre et cette situation persiste. On parle ainsi d’électricité statique. Le défaut d’électrons de l’un crée une charge électrique positive, tandis que l’excès d’électrons de l’autre crée une charge négative. Il est connu de séparer ensuite des granules de ces matériaux par passage dans un champ électrique, qui applique des forces opposées sur les granules en fonction de leurs charges électriques respectives.

Pour augmenter l’effet triboélectrique, de l’énergie mécanique est en général apportée en frottant les matériaux l’un contre l’autre pendant un certain temps. La charge électrique augmente progressivement, à un rythme qui dépend des matériaux et des conditions environnantes, notamment du taux d’humidité. La charge peut dans certains cas diminuer si le frottement dure trop longtemps.

Afin d’obtenir un procédé de séparation présentant une productivité intéressante, il est connu d’introduire en continu le mélange à séparer dans une boîte d’agitation. Les particules sont introduites à une extrémité de la boîte et ressortent à une autre extrémité. Toutefois, la progression du milieu granulaire dans la boîte, due aux mouvements de la boîte, à sa forme et son orientation, est difficile à contrôler. Il peut arriver que les granules en sortie soient insuffisamment chargées, ou que le débit de sortie soit faible.

En outre, si la nature du mélange à séparer change, des modifications mécaniques complexes sont à opérer pour de nouveau obtenir un réglage adapté à la nouvelle nature du mélange.

Afin d’augmenter la vitesse de charge et le débit du mélange en sortie, il a été proposé de produire en continu un lit fluidisé dans un réacteur à partir du mélange à séparer. Le lit fluidisé est obtenu par un courant de fluide ascendant, en général de l’air. Toutefois, à nouveau, l’extraction de granules et plus généralement la progression du lit fluidisé dans le réacteur s’avère difficile à gérer. De plus, lorsque les matériaux ont un temps de charge assez long, le réacteur de fluidisation doit être de grandes dimensions, ce qui entraîne des coûts importants au niveau de la soufflante produisant le courant de fluide, et au niveau de l’éventuel chauffage du courant de fluide.

Dans le document WO 2010/109096, le lit fluidisé est plus ou moins statique dans le réacteur, et les granules, une fois chargées, sont attirées hors du lit fluidisé en fonction de leur charge par des tapis roulants formant des électrodes autour du lit fluidisé. L’extraction se fait en continu, et le lit fluidisé est alimenté en continu par l’arrivée de nouvelles granules. Néanmoins, un tel réacteur est à nouveau très délicat à régler, notamment en ce qui concerne le niveau de charge électrique. Il peut se produire aussi que des granules insuffisamment chargées s’accumulent dans le réacteur et le bloquent.

Un but de l’invention est donc de fournir un procédé de séparation résolvant tout ou partie des problèmes évoqués ci-dessus, qui soit à la fois efficace du point de vue de la séparation et productif, tout en étant simple à gérer, notamment lorsque la nature du mélange à séparer change.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de séparation par lots d’un mélange comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, comprenant les étapes successives suivantes pour chacun des lots :

- introduction d'un des lots dans une chambre de fluidisation définie par un réacteur et obtention d’un lot introduit,

- les granules du lot introduit étant initialement au repos dans la chambre de fluidisation, démarrage d’une fluidisation et obtention d’au moins un lit fluidisé dans la chambre de fluidisation, la fluidisation étant obtenue par au moins un courant de fluide ascendant traversant le lot introduit et mettant au moins une fraction des granules du lot introduit en suspension, le lit fluidisé se chargeant par effet triboélectrique,

- modification du courant de fluide et évacuation d’au moins 90% en masse du lot introduit hors de la chambre de fluidisation et obtention d’un lot évacué, et

- passage du lot évacué dans un ou plusieurs champ(s) électrique(s) adapté(s) pour séparer le lot évacué en au moins un premier mélange riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange riche en granules du deuxième matériau.

Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

- la modification du courant de fluide comprend une réduction du débit du courant de fluide provoquant une chute des granules du lit fluidisé sur une surface de réception du réacteur ;

- après la réduction du débit du courant de fluide, le courant de fluide présente un débit résiduel non nul dans la chambre de fluidisation après l’évacuation du lot introduit ; - le réacteur est monté rotatif par rapport à un châssis entre au moins une première position occupée pendant la fluidisation, et une deuxième position occupée pendant l’évacuation et dans laquelle la surface de réception est plus inclinée par rapport au châssis que dans la première position, l’évacuation comprenant un déplacement d’au moins 90% en masse du lot introduit, par gravité, le long de la surface de réception vers l’extérieur de la chambre de fluidisation ;

- la modification du courant de fluide comprend une augmentation du débit du courant de fluide, l’évacuation comprenant une éjection d’au moins 90% en masse du lit fluidisé hors la chambre de fluidisation provoquée par l’augmentation du débit ;

- le réacteur comprend une enveloppe définissant : une entrée pour l’introduction, l’entrée étant ouverte pour l’introduction, puis refermée après l’introduction, et une sortie pour l’évacuation d’au moins 90% en masse du lot introduit, la sortie étant ouverte pour l’évacuation, puis refermée après l’évacuation ;

- le réacteur définit au moins un circuit formant une boucle pour le courant de fluide, le réacteur comportant au moins une soufflante pour obtenir le courant de fluide dans le circuit ;

- le courant de fluide est à une température comprise entre 45°C et 75°C ; et

- la fluidisation étant obtenue dans des conditions données, les granules du lot introduit sont maintenues sous forme dudit lit fluidisé pendant une durée prédéterminée, les granules du premier matériau prenant une charge électrique supérieure à 90% d’une charge électrique maximale pouvant être obtenue dans les conditions données.

L’invention a aussi pour une installation de séparation par lots d’un mélange comprenant des granules d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, l’installation comprenant :

- un réacteur définissant une chambre de fluidisation destinée à recevoir un des lots pour obtenir un lot introduit, le réacteur étant adapté pour créer un lit fluidisé dans la chambre de fluidisation, les granules du lot introduit étant initialement au repos dans la chambre de fluidisation, le réacteur étant adapté pour produire au moins un courant de fluide ascendant traversant le lot introduit et mettant au moins une fraction des granules du lot introduit en suspension pour obtenir le lit fluidisé, le lit fluidisé se chargeant par effet triboélectrique, le réacteur étant adapté pour modifier le courant de fluide et évacuer au moins 90% en masse du lot introduit hors de la chambre de fluidisation pour obtenir un lot évacué, et

- une unité de séparation adaptée pour créer au moins un ou plusieurs champ(s) électrique(s), l’installation étant adaptée pour faire passer le lot évacué dans le ou les champ(s) électrique(s) et séparer le lot évacué entre au moins un premier mélange riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange riche en granules du deuxième matériau.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une vue générale, en perspective, d’une installation de séparation selon l’invention, permettant de réaliser un procédé selon l’invention,

- la figure 2 est une vue en perspective d’un dispositif d’amenée du mélange de l’installation représentée sur la figure 1 ,

- la figure 3 est une vue en perspective d’un réacteur de fluidisation de l’installation représentée sur la figure 1 , le réacteur étant dans une première position occupée pendant la fluidisation d’un lot,

- la figure 4 est une vue en perspective du réacteur représenté sur la figure 3, le réacteur étant dans une deuxième position occupée pendant l’évacuation d’un lot hors du réacteur, et

- la figure 5 est une vue en perspective d’une unité de séparation de l’installation représentée sur la figure 1 .

En référence à la figure 1 , on décrit une installation 10 selon l’invention pour séparer un mélange 12 comprenant des granules (non représentées) d’au moins un premier matériau et d’un deuxième matériau, en au moins un premier mélange 14 riche en granules du premier matériau et un deuxième mélange 15 riche en granules du deuxième matériau.

Le mélange 12 comprend par exemple comme premier matériau et second matériau :

- de l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et du polystyrène (PS),

- du polypropylène (PP) et du polyéthylène (PE), ou

- du polypropylène (PP) et du polystyrène (PS).

Les granules du premier matériau et du deuxième matériau sont aptes à se charger électriquement lorsqu’elles sont frottées les unes contre les autres par effet triboélectrique.

Le premier mélange 14 est par exemple riche en granules du premier matériau, en ce sens qu’il comprend, en masse, un taux de granules du premier matériau plus élevé que dans le deuxième mélange 15. De même, le deuxième mélange 15 est par exemple riche en granules du deuxième matériau, en ce sens qu’il comprend, en masse, un taux de granules du deuxième matériau plus élevé que dans le premier mélange 14.

Avantageusement, le premier mélange 14 comprend, en masse, un taux de granules du premier matériau supérieur à 95 %.

Avantageusement, le deuxième mélange 15 comprend, en masse, un taux de granules du deuxième matériau supérieur à 95 %. Selon une variante non représentée, le mélange 12 à séparer comprend des granules de trois matériaux distincts, ou plus de trois matériaux.

En variante, le mélange 12 est par exemple quaternaire (comporte quatre matériaux) et est séparé en un premier mélange 14 binaire (riche en deux des matériaux) et un deuxième mélange 15 binaire (riche en les deux autres matériaux).

Avantageusement, le premier mélange 14 comprend alors, en masse, un taux de granules de deux des matériaux supérieur à 95 %, et le deuxième mélange 15 comprend alors, en masse, un taux de granules des deux autres matériaux supérieur à 95 %.

Par exemple, le mélange 12 à séparer comprend les matériaux PS, ABS, PP et PE et est séparé en un premier mélange riche en PP/PE, un deuxième mélange riche en ABS/PS, et un troisième mélange indifférencié, de composition analogue au mélange 12.

L’installation 10 est adaptée pour fonctionner par lots (en anglais batch) au moins au niveau d’un réacteur 16 (figure 3) adapté pour produire un lit fluidisé 18 (figure 3) à partir du mélange 12. Toutefois, les lots de mélange à séparer se succèdent avantageusement à un rythme élevé, ce qui n’altère pas la productivité de l’installation 10, bien au contraire, l’installation étant avantageusement adaptée pour parfaitement contrôler le réacteur 16, notamment le temps de séjour des granules dans le réacteur.

L’installation 10 comprend aussi une unité de séparation 20 (figure 5). Dans l’exemple, l’installation 10 comprend un dispositif d’amenée 22 particulier (figure 2), pour constituer les lots introduits un par un dans le réacteur 16.

Selon des variantes non représentées, les lots sont déjà constitués et directement introduits dans le réacteur 16, ou bien sont produits d’une manière connue en soi autre que celle permise par le dispositif d’amenée 22.

Dans l’exemple, le dispositif d’amenée 22 (figure 2) comprend un châssis 24, une table vibrante 26 adaptée pour créer une couche de granules à partir du mélange 12, un convoyeur 28 pour déplacer la couche de granules par rapport au châssis 24, et deux barres ionisantes 30A, 30B placées au-dessus du convoyeur.

En variante, le dispositif d’amenée 22 ne comprend qu’une seule barre ionisante, ou plus de deux.

Dans l’exemple, le dispositif d’amenée 22 comprend une trémie 32 contenant le mélange à traiter, et une vis sans fin 34 pour convoyer le mélange 12 de la trémie vers la table vibrante 26. Le dispositif d’amenée 22 comprend par exemple une trémie tampon 36 située au bout du convoyeur 28.

Les barres ionisantes 30A, 30B sont adaptées pour décharger électriquement le mélange 12 à séparer. Les barres ionisantes 30A, 30B sont par exemple activables, et avantageusement réglables en fréquence et en distance par rapport au convoyeur. Le réglage de la fréquence est avantageusement réalisé directement sur les barres ionisantes 30A, 30B.

La trémie tampon 36 est adaptée pour constituer un lot 38 de mélange, dont la masse est par exemple comprise entre 30 et 100 kg, et est avantageusement d’environ 50 kg.

Le réacteur 16 (figures 3 et 4) définit une chambre de fluidisation 40 adaptée pour recevoir un lot 38 introduit, dans l’exemple en provenance de la trémie tampon 36.

Le réacteur 16 est adapté pour créer le lit fluidisé 18 dans la chambre de fluidisation 40. Le réacteur 16 est adapté pour produire au moins un courant de fluide 42 ascendant traversant le lot 38 introduit pour mettre au moins une fraction des granules du lot introduit en suspension et obtenir le lit fluidisé 18.

Le réacteur 16 est adapté pour modifier le courant de fluide 42 et évacuer au moins 90% en masse du lot 38 introduit hors de la chambre de fluidisation 40 pour obtenir un lot évacué 44 (figure 4). De préférence, la totalité, ou la quasi-totalité (plus de 99% en masse), du lot 38 introduit est évacuée.

Le réacteur 16 est par exemple configuré pour que le courant de fluide 42 soit à une température comprise entre 45°C et 75°C. Ceci permet de sécher le fluide et favorise la triboélectricité.

Le réacteur 16 définit par exemple une surface de réception 46, par exemple une grille, située sous le lit fluidisé 18 et destinée à recevoir les granules si le débit du courant de fluide 42 est réduit, le lit fluidisé retombant sur la surface de réception.

Le réacteur 16 est par exemple monté rotatif par rapport à un châssis 48 de l’installation 10 entre au moins une première position (figure 3) occupée pendant la fluidisation, et une deuxième position (figure 4), occupée pendant l’évacuation et dans laquelle la surface de réception 46 est plus inclinée par rapport au châssis 48 que dans la première position.

Le réacteur 16 est par exemple mobile en rotation autour d’un axe D avantageusement horizontal.

Le réacteur 16 comprend par exemple une enveloppe 50 définissant une entrée 52 pour l’introduction du mélange 12, l’entrée étant ouverte pour l’introduction, puis refermée après l’introduction. L’enveloppe 50 définit une sortie 54 pour l’évacuation d’au moins 90% en masse du lot 38 introduit, la sortie étant ouverte pour l’évacuation, puis refermée après l’évacuation

Dans l’exemple, le réacteur 16 définit au moins un circuit 56 formant une boucle pour le courant de fluide 42, le réacteur comportant au moins une soufflante 58 pour obtenir le courant de fluide 42 dans le circuit 56. Le réacteur 16 comprend avantageusement une chambre d’homogénéisation 60 pour homogénéiser le courant de fluide 42, et un système de chauffage 62 adapté pour chauffer le courant de fluide 42. Le réacteur 16 comprend avantageusement un récupérateur 64 et une gaine 66 reliant le récupérateur à la soufflante 58.

Dans l’exemple, le circuit 56 inclut la soufflante 58, la chambre d’homogénéisation 60, le système de chauffage 62, la chambre de fluidisation 48, le récupérateur 64 et la gaine 66.

La chambre de fluidisation 40 est par exemple délimitée en bas (dans la première position) par la surface de réception 46, qui est avantageusement perméable au courant de fluide 42, latéralement par l’enveloppe 50, présentant avantageusement au moins une paroi transparente permettant de voir le lit fluidisé 18, et au-dessus par le récupérateur 64.

La chambre d’homogénéisation 60 s’étend par exemple entre la soufflante 58 et le système de chauffage 62. La chambre d’homogénéisation 60 présente par exemple une forme évasée vers le haut (dans la première position). La chambre d’homogénéisation 60 est avantageusement délimitée latéralement par quatre faces planes.

Le fluide est par exemple de l’air, ou de l’air préalablement asséché.

Le récupérateur 64 est avantageusement adapté pour filtrer le courant de fluide 42 et en retirer des particules fines (non représentées), afin que ces dernières ne retournent pas à la soufflante 58.

Le réacteur 16 est avantageusement adapté pour fonctionner en circuit fermé, ou en air frais. La gaine 66 présente par exemple une sortie 68 pour le courant de fluide 42 en mode « air frais ». La soufflante 58 comporte également une prise d’air 70 pour les mêmes raisons.

Dans la première position, la surface de réception 46 est par exemple sensiblement horizontale. Dans la deuxième position, la surface de réception 46 est par exemple inclinée à environ 45° (à plus ou moins 5°, voire 10°).

L’unité de séparation 20 (figure 5) comprend par exemple une trémie 72, un convoyeur 74, et des électrodes 76 adaptées pour créer le ou les champ(s) électrique(s). L’unité de séparation 20 comprend par exemple trois compartiments de séparation 76 et trois vis sans fin 78 permettant de remplir trois sac 80 à la fois.

Le fonctionnement de l’installation 10 va maintenant être décrit. Il illustre un procédé selon l’invention.

Le dispositif d’amenée 22 constitue des lots du mélange 12. La vis sans fin 34 puise le mélange 12 dans la trémie 32 et le conduit jusqu’à la table vibrante 26. La table vibrante 26 crée avantageusement une couche de mélange sur le convoyeur 28, qui convoie la couche jusqu’à la trémie tampon 36 dans laquelle un lot 38 se constitue. En passant sous les barres ionisantes 30A, 30B, le mélange 12 se décharge électriquement. Il s’agit de réaliser avantageusement une neutralisation électrique.

Le réacteur 16 est dans la première position et l’entrée 52 est ouverte. La trémie tampon 36 introduit le lot 38 dans la chambre de fluidisation 40.

Le débit du courant de fluide 42 est alors par exemple nul dans la chambre de fluidisation 40. Les granules du lot introduit sont initialement au repos dans la chambre de fluidisation 40.

Selon une variante avantageuse, le débit du courant de fluide 42 n’est pas nul lors de l’introduction, mais présente une valeur telle que les granules du lot 38 introduit sont au repos (pas de lit fluidisé). Ceci permet par exemple de maintenir plus facilement une température souhaitée dans la chambre de fluidisation 40.

Puis l’entrée 52 est fermée et le débit du courant de fluide 42 est augmenté à une valeur permettant de mettre au moins une fraction des granules, de préférence toutes les granules, du lot 38 introduit en suspension, pour obtenir le lit fluidisé 18. Le lit fluidisé 18 se charge alors par effet triboélectrique.

La fluidisation est obtenue dans des conditions données (température du courant de fluide, humidité, débit du courant de fluide...), les granules du lot 38 introduit sont avantageusement maintenues sous forme du lit fluidisé 18 pendant une durée prédéterminée, les granules du premier matériau prenant une charge électrique supérieure à 90% d’une charge électrique maximale qui serait obtenue dans les mêmes conditions données en maintenant les granules du lot 38 introduit sous forme du lit fluidisé 18 pendant une durée supérieure à la durée prédéterminée. Dit autrement, on attend suffisamment longtemps pour obtenir une charge électrique supérieure à 90% de la charge maximale possible dans les conditions données.

La charge maximale possible dans les conditions données peut être déterminée par l’homme du métier par des mesures simples dans la chambre de fluidisation 40, ou en laboratoire.

Puis le débit de courant de fluide 42 est remis à sa valeur réduite, ou remis à zéro, et au moins 90% en masse du lot 38 introduit, de préférence tout le lot introduit, est évacué hors de la chambre de fluidisation 40. Par exemple, les granules du lit fluidisé 18 retombent sur la surface de réception 46.

La sortie 54 est ouverte et le réacteur 16 est basculé de la première position à la deuxième position. La surface de réception 46 s’incline. Les granules se déplacent, par gravité, le long de la surface de réception 46 et sortent de la chambre de fluidisation 40 par la sortie 54.

Le lot évacué 44 arrive dans l’unité de séparation 20. La sortie 54 du réacteur 16 est fermée et le réacteur est remis dans la première position, dans laquelle il peut recevoir un nouveau lot de mélange 12.

Dans l’unité de séparation 20, le lot évacué 44 est séparé au moins entre le premier mélange 14 et le deuxième mélange 15. Dans l’exemple représenté, le lot évacué 44 est séparé en trois mélanges, le troisième étant de composition indifférenciée, par exemple similaire à celle du mélange 12 à séparer. Le troisième mélange est en général recyclé dans le mélange 12 à séparer.

Selon une variante du procédé, les granules ne sont pas évacuées en réduisant le débit du courant de fluide 42 et en inclinant le réacteur 16 par rapport au châssis 48, mais en augmentant le débit du courant de fluide 42. L’évacuation comprend alors une éjection d’au moins 90% en masse du lit fluidisé 18 hors la chambre de fluidisation 40 via une sortie (non représentée) ménagée dans le circuit 56 de courant de fluide 42. Au lieu que les particules du lit fluidisé 18 retombent sur la surface de réception 46, elles sont poussées vers le haut par l’augmentation du débit du courant de fluide 42.

Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, le procédé de séparation est efficace du point de vue de la séparation, car les granules sont correctement chargées électriquement. Bien qu’étant réalisé par lots dans le réacteur, le procédé reste productif. En effet, la durée de la fluidisation est parfaitement maîtrisée et les risques de dysfonctionnement, tel qu’un engorgement, sont réduits. Le procédé est simple à gérer, même lorsque la nature du mélange à séparer change, grâce à un paramétrage des facteurs clefs (temps de fluidisation, température, débit d'air) qui est facilité.