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Atelier

"LAVAGE ET VALORISATION DES SABLES"

présenté par la société MS

� CRITÈRES DE QUALITÉ D’UN SABLE

� PROPRIÉTÉS OPTIMALES D’UN SABLE A BÉTON - IMPACT DE LA PROPRETÉ ET DE LA GRANULOMÉTRIE DU SABLE SUR LA FORMULATION DU BÉTON

� POURQUOI LAVER ?

� QU’EST CE QUE LE LAVAGE ?

� VOLUME D’EAU A METTRE EN OEUVRE

� RECYCLAGE DES EAUX DE LAVAGE

� PRESSAGE DES BOUES

� UNE AUTRE APPLICATION DU LAVAGE : LA CORRECTION DE COURBE

� BESOINS EN EAU D’APPOINT

� SCHÉMA DES CIRCUITS D’UNE INSTALLATION DE LAVAGE

� MS EN QUELQUES CHIFFRES

SOMMAIRE

CRITÈRES DE QUALITÉ

D’UN SABLE

CRITÈRES DE PROPRETÉ

- % de fines < 63 µm � quantitatif

- Equivalent de sable (SE) � qualitatif• Test réalisé sur la fraction 0/2 mm• SE = H extra-fines floculées / H sable lavé

- Valeur de bleu (VB ou MB) � qualitatif• Test réalisé sur la fraction 0/2 mm• Correspond au volume de bleu de méthylène nécessaire pour

recouvrir la totalité de la surface des grains. • Plus un sable est riche en fines "actives", plus on consomme de

bleu de méthylène.

Propreté du sable Très propre Propre Sale Très sale

SE > 90 80 à 90 70 à 80 < 70

VB < 0,2 0,2 à 0,8 0,8 à 1,5 > 1,5

DISTRIBUTION GRANULOMÉTRIQUE

• Respect d’un fuseau granulométrique

• Régularité granulométrique

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1,25

mm

2,50

mm

4,00

mm

5,00

mm

AUTRES CRITÈRES

• Humidité / teneur en eau• Absorption / adsorption• Forme des grains• Dureté / résistance

PROPRIÉTÉS OPTIMALES D’UN SABLE A BÉTON

IMPACT DE LA PROPRETÉ ET DE LA GRANULOMÉTRIE DU SABLE SUR LA

FORMULATION DU BÉTON

• % < 63 µm : 0,5 à 7% (les extra-fines participent à la création de la pâte liante)

• SE > 85% et VB < 0,7 (pour éviter tout phénomène de retrait/gonflement)

EN TERME DE PROPRETÉ

Trop d’extra-fines dans le sable :

� diminution de l’adhérence des granulats à la pâte liante.

� augmentation du volume de pâte liante et de la consommation d’eautotale car les éléments fins absorbent plus d’eau lors de la formulationdu béton.Si 15-20% d’extra-fines � +15 litres d’eau / m3 de béton par rapport à unsable lavé (3-4% < 63 µm).

� augmentation de la consommation en ciment + d’extra-fines � + de surface de grains � + d’eau adsorbée La qté d’eau adsorbée est prise en compte dans le calcul de l’eauefficace.Le rapport Eau efficace / Ciment est fixe pour chaque qualité de bétonexigée

• MF : 2,7 à 3,1 => Pour optimiser la formulation du béton

EN TERME DE GRANULOMÉTRIE

En règle générale on peut retenir les notions suivantes :

• Sable fin => bonne ouvrabilité du béton

• Sable grossier => bonne résistance du béton

• Une granularité continue (répartition granulométrique homogène)améliore la consistance du béton

Si le sable est trop grossier (MF > 3,1)⇒ Le liant est mal assuré lors de la formulation⇒ Il faut augmenter le dosage du plastifiant pour former la pâte⇒ Pour des MF > à 3,5, il faut augmenter le dosage de ciment également

ou ajouter du filler

Si le sable est trop fin (MF < 2,7)⇒ Le béton n’est plus malléable ce qui dégrade son ouvrabilité (trop

pâteux)⇒ Il faut augmenter le rapport E/C en augmentant le dosage d’eau mais

cela va au détriment de la résistance finale du béton

� Conclusion : Si la répartition granulométrique de sable n’est pas adaptée,cela augmente le coût de la formulation et/ou cela diminue la qualité dubéton

La formulation du béton ne peut pas être adaptée en fonction de la variationde la qualité des matériaux dans le temps. Elle est définie en début dechantier pour un sable donné dont les caractéristiques doivent êtreinvariables.Par conséquent les répartitions granulométriques du sable et des graviersdoivent être stables dans le temps (moins de 4% de variation).

AUTRES

• Absorption et adsorption faibles => pour optimiser les consommations d’eau et de ciment

• Humidité ou teneur en eau : connue et régulière (quantité d’eau dans le sable intégrée lors de la formulation du béton)

• + 1% d’absorption sur le sable => ++++ 10101010 litreslitreslitreslitres d’eaud’eaud’eaud’eau //// mmmm3333 dededede bétonbétonbétonbéton

LeLeLeLe coûtcoûtcoûtcoût netnetnetnet dudududu bétonbétonbétonbéton estestestest optimaloptimaloptimaloptimal lorsquelorsquelorsquelorsque lelelele modulemodulemodulemodule dededede finessefinessefinessefinesse dudududu sablesablesablesableestestestest voisinvoisinvoisinvoisin dededede 2222,,,,9999....

- Si MF = 2,0 => augmentation du coût béton = + 5 à 7%Si MF = 2,0 => augmentation du coût béton = + 5 à 7%Si MF = 2,0 => augmentation du coût béton = + 5 à 7%Si MF = 2,0 => augmentation du coût béton = + 5 à 7%

- Si MF = 3,6 => augmentation du coût béton = + 8 à 10%Si MF = 3,6 => augmentation du coût béton = + 8 à 10%Si MF = 3,6 => augmentation du coût béton = + 8 à 10%Si MF = 3,6 => augmentation du coût béton = + 8 à 10%

• Variation du dosage de ciment pour obtenir une même résistance debéton en fonction de la qualité du sable : maxi ++++ 20202020kg/mkg/mkg/mkg/m3333

• Variation du dosage de super plastifiant pour obtenir une mêmeouvrabilité en fonction de la qualité du sable : maxi ++++ 0000,,,,5555 àààà 1111%%%%

POURQUOI LAVER ?

POUR RESPECTER DES CRITERES DE

PROPRETE DE PLUS EN PLUS SEVERES

Un travail à sec peut permettre dansdansdansdans certainscertainscertainscertains cascascascas derespecter les taux maxi d’extra-fines admissibles.

Par contre, il est difficile de respecter des critères depropreté (Equivalent de sable SE ou Valeur au Bleu MB) sanstravailler sous eau

Un sable peut avoir un tauxde fines relativement faiblemais un mauvais SE

Taux de fines < 63 µm : 3,6 %

Equivalent de sable : 68

POUR PRODUIRE UN MATERIAU AYANT UNE DISTRIBUTION GRANULOMETRIQUE STABLE

La variabilité naturelle des gisements alluvionnaires et l’usurenormale de certains composants d’installations deconcassage font qu’il est difficile de produire un sable ayantune distribution granulométrique stable.

Hors cette régularité dedistribution granulométrique estun critère majeur de la qualitéd’un sable. De plus en plus, lesfuseaux à respecter sontrelativement "serrés" et doncdifficiles à respecter.

Travailler sous eau va donc permettre à l’exploitant deproduire un matériau respectant les critères de propreté etde distribution granulométrique imposés par leurs clientsmais également :

- d’optimiser les gisementsargileux et les sables issus duconcassage

- d’acquérir de nouveaux marchésavec des sables spécifiques

- d’augmenter la valeur de votresable (dans un rapport de 2)

QU’EST CE QUE LE

LAVAGE DE SABLE ?

LE LAVAGE DE SABLE

� lavage = élimination de la fraction < 63 µm

La courbe d’un sable ayant le plus souvent une partie basse plate (trèspeu de particules entre 5 et 63 µm), le meilleur compromis technico-économique est de réaliser une coupure à 63 µm.

- Sable : composé d’argiles, de silts, d’éléments fins et d’éléments grossiers

- Silts : favorisent la qualité d’un béton

- Argiles : néfaste en raison de leur structure interne

Il faudrait donc théoriquement réaliser une coupure < à 5 µm pour éliminer les argiles

Le lavage va permettre de transformer un sable brut argileux….

….en un sable lavé et essoré respectant des critères de propreté et de distribution granulométrique….

…. tout en générant des eaux chargées en extra-fines (< 63 µm) qu’il va falloir traiter

� Alimentation tangentielle créant un vortex

� Elements grossiers centrifugés le long de la paroi du cyclone et concentrés à la sousverse

� Elements fins (< 63 µm) et eau de lavage aspirés vers la surverse

Possibilité de régler légèrement le point de coupure en jouant sur :

- pression d’alimentation

- géométrie du cyclone

- diamètre des buses

L’élimination de la fraction < 63 µm est réalisée enutilisant le principe du cyclonage.

MS a industrialisé ce principe du cyclonage en créant des modules decyclonage/essorage (communément appelé "module à sable") composés :

- d’une cuve de pompage- d’un ensemble de pompage- d’un ou plusieurs cyclones- d’un essoreur- d’un ensemble de boites, supports et passerelles

……..

…. et propose depuis plus de 36 ans une gamme complète de modules decyclonage/essorage construite à partir de la combinaison de 4 élémentsprincipaux (5 modèles de cuves, 6 tailles de pompe, 7 types de cyclone et 8modèles d’essoreurs) et permettant de traiter de 20 à 300 t/h de sable etdes débits de pulpe pompée de 60 à 1200 m3/h

En parallèle de cette gamme "historique", MS vient tout juste decréer et développer une nouvelle gamme baptisée SR et propose 6modules de lavage et valorisation de sable alliant expérienceexpérienceexpérienceexpérience etréactivitéréactivitéréactivitéréactivité pour des capacités allant de 50 à 250 t/h de sableessoré.

Son design lui permet d’être installé dansdifférentesdifférentesdifférentesdifférentes configurationsconfigurationsconfigurationsconfigurations sans aucuneadaptation particulière

► fonctionnalité, optimisation des délais delivraison et compétitivitécompétitivitécompétitivitécompétitivité

Des composants de qualitéqualitéqualitéqualité et l’engagementl’engagementl’engagementl’engagementdededede performanceperformanceperformanceperformance MS au meilleur prix

� Possibilité d’avoir plusieurs modulesen parallèle pour augmenter lestonnages de sable et/ou les débits depulpes traités

� Possibilité d’avoir plusieursmodules en série pour améliorer laqualité du sable lavé

� Possibilité de recyclonerl’overflow du 1er étage decyclonage pour récupérer lafraction 40-63 µm (améliorationde la qualité du sable,augmentation du tonnage etréduction des rejets)

� MS s’adapte à votre gisement et vos besoins pour vous proposer la solution adéquate avec un

engagement de performances

AUTRES TECHNIQUES DE LAVAGE : LA ROUE A AUBES OU LA VIS A SABLE

De par la conception des roues à aubes etdes vis à sable, les eaux de débordementde ces appareils entrainent avec elles lamajeure partie des fines < 63 µm maiségalement une fraction non négligeable dela fraction 63-250 µm et parfois jusqu’àdes particules de 500 µm.

Non seulement ces pertes appauvrissent la qualité du sable et diminuent laproduction mais en plus, elles peuvent perturber le bon fonctionnement del’éventuel décanteur placé en aval. Ces particules > 63 µm vont engendrer :

- un possible bourrage du décanteur

- une usure prématurée de la pompe à boue

- une surconsommation de floculant

Vis à sable / Roues à aubes Défillérisation à sec Cyc lonage

- coupure peu précise - coupure peu précise - coupure précise

- perte d'une partie de la fraction 63-250 µm

- perte d'une partie de la fraction 63-250 µm

- attrition dans la pompe

- essorage de mauvaise qualité - haute consommation d'énergie

- essorage performant

- nécessité d'avoir une humidité de terrain très faible

sable à haute valeur ajoutée Obtention d'un sable légèrement valorisé

COMPARATIF DU CYCLONAGE PAR RAPPORT AUX AUTRES TECHNOLOGIES

VOLUME D’EAU A

METTRE EN OEUVRE

- De 1 à 3 m3 d’eau par tonne de produit lavé en fonction du degréde pollution

- Moyenne : 2 m3 d’eau par tonne de sable (exemple : 100 t/h desable � 200 m3/h d’eau)

- 2 objectifs à respecter :

1. limiter la concentration des eauxrésultant du lavage à 60 gr/l afin depermettre et optimiser la floculation

2. Travailler à des densités de pulpe demaxi 1,25 à 1,30 (en recyclant de l’eaud’overflow de cyclone via une vanne àflotteur dans le cas de sablerelativement propre)

RECYCLAGE DES

EAUX DE LAVAGE

Le lavage va permettre de transformer un sable brut argileux….

….en un sable lavé et essoré respectant des critères de propreté et de distribution granulométrique….

…. tout en générant des eaux chargées en extra-fines (< 63 µm)

RAPPELRAPPELRAPPELRAPPEL

QUE FAIRE DES EAUX DE LAVAGEQUE FAIRE DES EAUX DE LAVAGEQUE FAIRE DES EAUX DE LAVAGEQUE FAIRE DES EAUX DE LAVAGE

Le rejet de tels volumes d’eau chargée dans le milieu naturel (tout comme leprélèvement d’eau fraiche) est rarement possible.

D’autre part, la règlementation locale interdit le plus souvent ce genre depratique

���� NECESSITE DE RECYCLER LES EAUX DE LAVAGENECESSITE DE RECYCLER LES EAUX DE LAVAGENECESSITE DE RECYCLER LES EAUX DE LAVAGENECESSITE DE RECYCLER LES EAUX DE LAVAGE

- Soit par sédimentation naturelle en bassin

- Soit par sédimentation maitrisée avec un décanteurutilisant le principe de la floculation

� vaste superficie à mettre en œuvre� dangerosité d’une lagune� curage des bassins à réaliser régulièrement� qualité des eaux de débordement approximative� risques environnementaux (infiltration nappe phréatique ou pollution des cours d’eau)� contraintes économiques (taxes sur les prélèvements et les rejets, énergie pour relever les eaux,…)

LES INCONVENIENTS DE LA SEDIMENTATION NATURELLE

QU’EST CE QUE LA FLOCULATION ?

● Floculant = polymère synthétique à haut poids moléculaire (polyacrilamides)

● Longue chaîne macromoléculaire permettant d’agglomérer les particules en suspensions et former des "flocs“

● Vitesse de sédimentation des flocs : 25 à 35 m/h en moyenne

● Aucun danger pour l’environnement

● Consommation de floculant : en moyenne 100 gr de floculant en poudre pour 1 tonne de matières sèches traitées

● Exemple : 100 t/h de sable 0/4 mm contenant 10 % de fines et lavé avec 200 m3/h d’eau

� environ 10 t/h de fines allant vers ledécanteur

� 1 kg/h de floculant

● Coût moyen du floculant : entre 3,5 et 4 €/kg

ANALYSES LABORATOIRE

Nécessité de réaliser des analyses laboratoire pour dimensionner un décanteur :

� Calcul de la vitesse de sédimentation (rapport direct avec le diamètre du décanteur)

� Nécessité de coaguler pour optimiser la floculation et/ou améliorer la turbidité ?

� Choix du meilleur floculant et calcul des consommations

� Détermination de la concentration finale des boues

Les 2 objectifs du décanteur1. Clarifier les eaux

• transformer une eau chargée à

30-60 gr/l en une eau clarifiée

pour utilisation en circuit fermé

• taux résiduel de MES après

clarification : 80-100 mgr/l maxi

2. Concentrer les boues

• transformer une eau chargée à 30-60 gr/l

en une boue concentrée à 500-700 gr/l

• en utilisant le principe de la floculation

• permet de réduire le volume des rejets

dans un rapport de 10 à 1boue sortie décanteur

(500 à 700 gr/l)

Eau chargée

(30 à 60 gr/l)

Eau chargée

(30 à 60 gr/l)Eau clarifiée

MS industrialise ce principe de floculation et propose des unités complètes sur mesure adaptées à vos besoins

La gamme MS comprend 8 décanteurs permettant de traiter des volumes d’eaux chargées allant de 100 à 1600 m³/h

Contrôleur de floculation

Bungalow technique pré-câblé en atelier et regroupant :- l’unité de préparation et dosage de floculant- le controleur de floculation- l’armoire électrique générale avec automate programmable

PRESSAGE

DES BOUES

Les 3 objectifs du pressage1. Transformer l’état de la boue

• semi liquide � solide

• afin de faciliter son évacuation

sans aucune précaution particulière

2. Récupérer plus d’eau

• réduire l’apport en eau neuve

• taux de recyclage jusqu’à 98 % pour certaines applications

• très important dans les pays où l’eau n’est disponible

qu’en faible quantité

3. Réduire le volume des déchets

• volume pouvant être divisé par 3

boue sortie décanteur

(500 à 700 gr/l)

galettes de boue

(20 à 35 % d’humidité)

boue sortie décanteur

stockée en bassin

Galettes de boue stockées sous le filtre presse

ANALYSES LABORATOIRE

Nécessité de réaliser des analyses laboratoire pour dimensionner un filtre presse :

� Granulométrie des matières sèches

� Nécessité d’additiver les boues ?

� Pression de gavage ?

� Temps de gavage ?

� Types de plateaux (chambrés ou mixed pack) ?

� Epaisseur des galettes ?

� Détermination de l’humidité résiduelle des galettes de boue

Gamme des filtres presses MSLa gamme de filtres presses MS a été conçue à partir des critères suivants :

- 4 tailles de plateaux : 630 mm, 800 mm, 1200 mm et 1500 mm- 2 pressions de gavage : 8 et 16 bars- 2 types de plateaux : chambrés, mixed-pack (chambré + membrané)

auxquels peuvent s’ajouter les variantes suivantes :- ajout d’additifs (chaux, lait de chaux,…) pour aider à la filtration des boues dites “difficiles“

- et des options (galvanisation du chassis, trappe d’isolation, chariot de lavage des toiles)

Surface de filtration max : � 512 m2

Volume de galettes max : � 10 861 litres

UNE AUTRE APPLICATION DU LAVAGE : LA CORRECTION

AUTOMATIQUE D’UNE COURBE D’UN SABLE

� Permet à l’exploitant d’avoir un contrôle complet sur la distributiongranulométrique de son sable (module de finesse) et d’assurer une stabilitéde production

Courbe d’un sable trop grossier

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1,25

mm

2,50

mm

4,00

mm

5,00

mm

MS a développé une gamme demodules permettant d’associer :- un lavage par hydro-cyclonage- à une correction de la granulométriesuivant le principe suivant :---- coupure à 1 mm à pour création de 2 fractions (0-1 et 1-4 mm)- cyclonage de la fraction fine pour élimination des fines < 63 µm- essorage des 2 fractions- recomposition d’un sable fuseau à partir des 2 fractions

Exemple d’installation de recomposition

BESOINS EN EAU

D’APPOINT

BESOINS EN EAU D’APPOINTBESOINS EN EAU D’APPOINTBESOINS EN EAU D’APPOINTBESOINS EN EAU D’APPOINT

Un décanteur, suivi éventuellement d’une unité de pressage, ne permet pasde recycler 100 % du volume d’eau mis en jeu.

Il faut en effet tenir compte :

- de l’humidité résiduelle du sable lavé

• moyenne de 12 % pour un sable grossier

• moyenne de 15 % pour un sable 0-4 mm standard

• moyenne de 20 % pour un sable fin (0-1 mm)

- et de l’humidité résiduelle des boues en sortie dedécanteur (concentration entre 400 et 600 gr/l enmoyenne)

- ou de l’humidité résiduelle des galettes de boue aprèspressage (humidité comprise entre 25 et 30 %)

En règle générale, et pour une application "carrière“ standard, uneinstallation de recyclage des eaux permet de recycler 85858585 àààà 90909090 %%%% du volumed’eau mis en jeu.

� nécessiténécessiténécessiténécessité dededede prévoirprévoirprévoirprévoir unununun apportapportapportapport enenenen eaueaueaueau neuveneuveneuveneuve pourpourpourpour compensercompensercompensercompenser cescescesces"pertes""pertes""pertes""pertes" (pompage(pompage(pompage(pompage dansdansdansdans uneuneuneune rivière,rivière,rivière,rivière, unununun lac,lac,lac,lac, unununun forage,forage,forage,forage,…………))))....

Ce taux de recyclage peut atteindre 95959595 %%%% avec une unité de pressage desboues en aval du décanteur

EXEMPLE CONCRET(hypothèses moyennes)

Pour laver 1000 t/jour de matériaux contenant 50 % desable (ayant un taux de fines de 10 %)

� Volume d’eau mismismismis enenenen jeujeujeujeu : 1000 m3/jour

� nécessité d’alimenter environ 135 m3/jour d’eaud’eaud’eaud’eaud’appointd’appointd’appointd’appoint soit un débit instantané de 5,6 m3/h si stationde recyclage des eaux de lavage

� Taux de recyclage : 86,5 %

� environ 95 m3 d’eaud’eaud’eaud’eau d’appointd’appointd’appointd’appoint soit un débitinstantané de 4 m3/h d’eau si station de recyclage deseaux de lavage + filtre presse

� Taux de recyclage : 90,5 %

SCHEMA DES CIRCUITS

D’UNE INSTALLATION

DE LAVAGE

MS EN

QUELQUES

CHIFFRES

- 3 000 tonnes d’équipements conçus, fabriqués, montéset mis en service par an

- 7 200 m2 d’atelier et 1800 m2 de bureaux

- une force de 80 salariés incluant équipe commerciale,laboratoire, centre d’essais, bureau d’études 3D, atelier defabrication, atelier d’assemblage, équipe de monteurs,automaticiens, contrôle qualité, …

- 70 à 100 commandes par an

- chiffre d’affaires 2012 : ≈ 21,2 M€

- présents sur le marché du lavage de sable depuis plusde 36 ans

- environ 800 installations mises en service

- 500 000 tonnes de matériaux valorisés & 1 million de m3

d’eau préservés par jour

- présents en Algérie depuis de nombreuses années

● aéroport d’Alger

● barrage de Koudiat Acerdoune

● barrage de Tabellout

● carrières et sablières, ……

Société MS2 rue Pierre Gilles de GennesPra de Serre63960 VEYRE MONTON - FRANCETél : + 33 (0)4 73 28 52 70Fax : + 33 (0)4 73 28 52 71Site internet : www.m-s.fr

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