Solution aciérie nordique réduit coûts traitement eau de 35 % avec systèmes déwatering et filtration innovants

En transportant la calamine avec l'eau, les aciéries établissent une boucle de recyclage continue qui coupe les coûts de main-d'œuvre, réduit l'empreinte, et supporte l'opération non-stop.

Les usines nord-européennes — incluant l'installation d'Outokumpu à Avesta, Suède — ont adopté les solutions Nordic Water, comportant déwaterers à vis, séparateurs lamellaires, et filtres DynaSand.

Les réglementations environnementales actuelles mandatent que les aciéries nord-européennes nettoient et traitent l'eau de process avant rejet. Bien qu'un système en boucle fermée soit idéal, les opérations pratiques requièrent encore purge et traitement.

La calamine est grossière, lourde et abrasive
En production acier, le laminage à chaud et la coulée utilisent l'eau à des débits allant de 100 m³/h à 10 000 m³/h, selon la taille d'usine. Quand l'acier quitte les opérations de coulée, le refroidissage et découpage à l'eau produisent de la calamine — oxydes de fer dont les particules vont de quelques microns à taille poing. Elles sont denses (4,9-5,2 g/cm³) et abrasives.

Traditionnellement, ce matériau grossier est collecté dans des fosses, vidé par grues ou racleurs à chaîne, et traité dans de grands bassins de décantation qui séparent fines et huile. Des filtres à sable à contre-lavage périodiques retirent alors le matériau taille micron et l'huile résiduelle. L'approche est intensive en main-d'œuvre, consommatrice d'espace, et lourde en maintenance, rendant les rétrofits coûteux.

Collecte et traitement présentent défis environnementaux
Historiquement, les ouvriers transportaient manuellement la calamine en seaux sur rails, une tâche dangereuse dans environnements exigus et poussiéreux. Les usines modernes doivent améliorer la sécurité, couper les coûts, et rencontrer lois environnementales plus strictes, pilotant le shift vers solutions automatisées.

Nouvelles approches
Nordic Water (anciennement Axel Johnson Engineering) et Metso Minerals (anciennement Sala International) ont été pionniers d'un système à flux continu qui élimine le besoin d'une fosse à calamine adjacente à la zone production principale. Cela réduit la poussière, améliore les conditions de travail, et libère un espace usine précieux.

Pour transporter la boue, un ensemble pompe et puisard au niveau du sol a été conçu. Deux pompes semi-submersibles — une en standby — déplacent le mélange eau-calamine. Un panier à ferraille à l'entrée piège les objets étrangers entre 2,5 cm et 5 cm. Le puisard a des parois raides et un profil bas pour prévenir l'accumulation. Des tuyaux en caoutchouc industriel protègent la ligne pompe, tandis que les sections droites peuvent utiliser tuyauterie acier.

L'acier allié haut-chrome construit le corps pompe et l'hélice. Malgré la boue abrasive, les pièces d'usure durent plus d'un an sur tâches de dégrossissage lourd et plus d'une décennie sur calamine plus fine.

Trouver la bonne pompe est critique
Critères clés de sélection incluaient un arbre et roulements rigides pour absorber chocs, insensibilité variation débit, tolérance blocage air, capacité marche à sec, et hélice fond qui peut libérer dépôts puisard.

Nordic Water a choisi la pompe semi-submersible VT de Metso. L'unité est entièrement levable pour inspection et ne requiert pas d'eau d'étanchéité. Les plus gros modèles gèrent 1 500 m³/h (4 400 gpm) jusqu'à 3 bar (45 psi). Une variante pleinement submersible est disponible pour puisards peu profonds.

En pompant la calamine loin du point de chute, le système élimine le besoin d'une fosse zone laminage et débloque stratégies alternatives d'élimination calamine.

Éliminer la calamine grossière de la boue
Trois options principales existent : déwaterers à vis, séparateurs magnétiques, et cyclones. Les cyclones souffrent de perte performance par usure et sont moins tolérants aux gros objets étrangers, requérant traitement additionnel en aval. Séparateurs magnétiques ont besoin soit de grandes unités (inadaptées à beaucoup de sites) soit souffrent usure accrue due aux distances de contact courtes.

Dewaterer à vis est préféré
La solution préférée de Nordic Water est un grand déwaterer à vis — un bassin de décantation couplé avec un convoyeur à vis qui déwater le matériau décanté. Bien que commun en traitement minéral, son usage en aciéries est relativement nouveau.

Le design permet opération continue pendant maintenance : la vis peut être levée pendant que l'alimentation continue pendant plusieurs heures.

La vis élimine presque 100 % des particules au-dessus de 100 µm. La calamine déwaterée émerge comme matériau goutte-sec avec 2-8 % humidité, selon distribution taille particulaire.

Une garde boue piège l'huile et autres matériaux flottants ; un écumeur huile retire l'huile. Bien que quelque huile reste dans le débordement, la qualité eau est adaptée pour réutilisation comme eau transport. Traitement spécifique refroidissement peut être requis après.

Le premier déwaterer à vis — et le premier filtre DynaSand — pour calamine a été installé à Avesta (maintenant Outokumpu Stainless) en 1980, suivi par Ovako Steel, Fundia, SSAB, et plusieurs usines à travers Allemagne, Autriche, et France.

« Le système Nordic Water/Metso a sauvé 35 % en investissement global traitement eau », a dit le chef de projet Avesta Nils Albertsson.

Un pack lamellaire transversal monté dans le déwaterer augmente la surface décantation à 100 m², supportant un débit alimentation près de 2 000 m³/h (8 800 gpm) en une seule unité. Voest Alpine à Linz, Autriche, opère sept telles unités.

Le déwaterer à vis livre concentrations solides de 100-300 ppm, trop haut pour filtres statiques conventionnels mais bien dans la capacité du filtre continu DynaSand de Nordic Water.

Filtration continue avec DynaSand
Le filtre DynaSand emploie un principe contre-courant : l'eau entre le distributeur inférieur, voyage vers le haut à travers un lit de sable, et sort au sommet. Une pompe air-lift extrait le sable encrassé du bas, le lave dans un petit flux eau propre, et retourne sable propre au lit, gardant le filtre opérationnel sans interruption.

Avantages clés incluent pas de pièces mobiles, chute de pression négligeable (<0,1 bar), et débit eau rinçage de seulement 5-7 % de l'alimentation. Le filtré contient <5-10 ppm solides résiduels et huile, rencontrant la plupart exigences recyclage ou purge. Pour polissage, coagulants, charges alimentation plus basses, ou lits charbon actif peuvent être utilisés pour atteindre pureté plus haute.

Avec calamine, taux filtration atteignent 25 m/h (10 gpm/pi²) à travers le lit sable. La plus grande unité, DST 50, a une surface 5 m² (54 pi²) et traite 123 m³/h (550 gpm). Filtres peuvent être arrangés en batterie ; seize unités gèrent 2 000 m³/h (8 800 gpm), matchant la capacité du déwaterer à vis Metso SD 60-200.

L'eau de rinçage du DynaSand est généralement envoyée à un épaississeur conventionnel opérant à 2 m/h (0,8 gpm/pi²). Le débordement de l'épaississeur retourne aux pompes alimentation filtre ; le sous-flux, déchargé via vanne déversoir, atteint 45-65 % solides. Polymères sont utilisés seulement dans l'épaississeur, pas dans pompes, déwaterers à vis, ou filtres sable. Séparateurs lamellaires ont réussi la même fonction dans installations récentes.