Dans le domaine du traitement des poudres, la technologie de classification pneumatique est l'une des principales techniques de traitement en profondeur. Elle est essentielle pour obtenir un raffinement optimal des poudres dans le secteur des matériaux inorganiques non métalliques. Face aux exigences croissantes de l'industrie moderne en matière de contrôle de la taille des particules (à l'échelle micrométrique), le principal défi consiste à produire des poudres ultrafines uniformes de manière efficace et économe en énergie.
Principes et types de classification
• Classification au sens large : Elle consiste à séparer les particules de matériaux en fonction de leurs caractéristiques physiques (taille, forme, densité, magnétisme, radioactivité, etc.) selon les exigences de production. La méthode courante est le tamisage, adapté aux particules supérieures à 50 µm. Cependant, les équipements de tamisage sont souvent volumineux et peuvent entraîner un broyage secondaire.
• Classification au sens strict : Elle exploite la différence de force résultante subie par des particules de tailles différentes dans un milieu fluide, ce qui les amène à suivre des trajectoires différentes et permet ainsi leur séparation. Selon le milieu utilisé, la classification des poudres se divise en méthodes à sec (à l’air) et par voie humide (à l’eau ou à d’autres liquides). La classification par voie humide nécessite une déshydratation et un séchage ultérieurs des particules, consomme une quantité importante d’eau et d’énergie. Par conséquent, la classification à sec (ou classification à l’air) est plus largement utilisée dans la production industrielle.
Équipement de classification
Les classificateurs d'air peuvent être classés en deux types selon la présence de pièces internes rotatives : les classificateurs d'air statiques (ou stationnaires) et les classificateurs d'air dynamiques.
01 Classificateurs d'air statiques
Ces classificateurs présentent une structure relativement simple et sont faciles à entretenir, mais offrent une précision de classification moindre et moins de possibilités d'ajustement de la taille des particules. Selon la force dominante, on distingue les classificateurs gravitationnels et centrifuges.
① Classification gravitationnelle : Cette méthode classe les particules en fonction des différences de force gravitationnelle et de vitesse de sédimentation selon leur taille, ainsi que de leur interaction avec le fluide. Selon la direction du flux et le champ de forces, il peut s’agir d’un écoulement vertical ou horizontal.
Les classificateurs gravitationnels, premiers du genre, sont aujourd'hui utilisés dans de nombreux domaines. Cependant, face aux progrès de l'industrie fine et des technologies des poudres, leur efficacité et leur précision de classification sont limitées. L'efficacité peut être améliorée par une séparation multi-étapes, ce qui explique l'intérêt actuel porté aux classificateurs en zigzag. Le couplage des flux verticaux et horizontaux permet également d'optimiser le champ d'écoulement interne. Leurs avantages, tels qu'une faible perte de charge, une bonne dissipation thermique et une grande capacité, les rendent adaptés au prétraitement de particules de grande taille ou de matériaux ne nécessitant pas une classification précise.
② Classificateur centrifugeDans la classification centrifuge, les particules grossières et fines se séparent en se déplaçant dans des directions différentes sous l'effet de la résistance de l'air et de la force centrifuge. Les classificateurs centrifuges statiques utilisent généralement des entrées tangentielles créant un flux d'air rotatif à grande vitesse ou des aubes directrices pour faire tourner les particules. Simples, économiques et faciles à entretenir, ils offrent, comparés aux classificateurs gravitationnels, une efficacité et une précision nettement supérieures, ce qui explique leur utilisation industrielle plus répandue. Les recherches actuelles portent souvent sur la structure des entrées des classificateurs cycloniques ou sur l'ajout d'entrées. Les études mécanistiques sur les collisions et l'agglomération des particules au sein de ces classificateurs sont moins nombreuses ; des outils comme la CFD-DEM peuvent analyser les interactions entre les particules afin de mieux comprendre le mécanisme de classification.
02 Classificateurs d'air dynamiques
Dotés de pièces rotatives internes, les classificateurs à air dynamiques offrent une efficacité et une précision de classification nettement supérieures aux classificateurs statiques, ce qui explique leur prédominance actuelle. Leur structure interne plus complexe engendre des coûts d'exploitation et une consommation d'énergie plus élevés, mais ils offrent une efficacité supérieure, davantage de paramètres ajustables et sont mieux adaptés à la classification de précision.
Selon l'orientation de la cage du rotor, on distingue les classificateurs d'air à vortex vertical et horizontal. L'orientation influe considérablement sur leurs performances.
• Structure mécanique : Les classificateurs horizontaux possèdent une cage de rotor supportée par un porte-à-faux, ce qui nécessite des broches et des roulements plus grands. Les classificateurs verticaux ont une structure globale plus complexe et des coûts de fabrication plus élevés.
• Efficacité de classification : Les classificateurs verticaux garantissent une classification sur plus de 90 µm de la circonférence de la cage du rotor, quelle que soit la méthode d’alimentation. Les classificateurs horizontaux, quant à eux, possèdent généralement une entrée d’air unilatérale, laissant au moins un quart de la surface non utilisée pour la classification.
• Précision de classification : Les classificateurs verticaux permettent une admission d’air multidirectionnelle, créant un flux stable et garantissant une granulométrie uniforme. Dans les modèles horizontaux, la vitesse de l’air est plus élevée au bas du rotor qu’en haut ou sur les côtés, ce qui élargit la plage de tailles classées et peut entraîner l’entraînement de particules grossières.
• Perte de charge : Dans les classificateurs verticaux, le flux d’air subit de multiples changements de direction, ce qui entraîne une perte de charge plus importante. Les classificateurs horizontaux, plus compacts et comportant moins de composants internes, présentent donc une perte de charge moindre.
Conclusion
De la simple séparation gravitationnelle à la séparation par vortex de précision, la technologie de classification pneumatique est devenue un moteur essentiel du développement de l'industrie des poudres. Grâce à une meilleure compréhension du comportement des particules et de la dynamique des champs d'écoulement, les futurs équipements de classification pneumatique gagneront en efficacité. Ces progrès permettront de proposer des solutions de traitement des poudres plus performantes pour des secteurs émergents stratégiques tels que les nouveaux matériaux et les nouvelles énergies.
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