La granulométrie de la quartzite qui garnit cette couche filtrante est en général comprise entre 0,8 et 2 mm pour les eaux potables ; elle est comprise entre 1 et 4 mm pour les filtrations à usage industriel. Cette couche filtrante repose en général sur un support de grains de quartz de dimensions plus importantes, ou directement sur une sole en céramique, en béton poreux ou en acier.
Il importe que les sables de quartz utilisés soient d’une grande constance granulométrique.
Le terme « sable » employé communément par les traiteurs d'eau est en quelque sorte impropre car il ne correspond pas au produit habituellement utilisé dans les usages courants ; il ne faut en effet pas confondre un sable à granulométrie étalée, peu précise, et à faible teneur en silice, mis en œuvre dans les travaux de bâtiments, avec un « sable » de filtration aux caractéristiques bien définies (que nous appellerons cependant ainsi).
CARACTÉRISTIQUES
DES SABLES DE FILTRATION
Caractéristiques physiques.
La cristallisation et la forme des grains sont très importantes : avec des matériaux monocristallins de forme sphéroïde, on obtient en effet un classement des grains plus strict et un meilleur coefficient d’uniformité, facteurs qui favorisent un empilement régulier et une porosité mieux répartie ; de plus, l'usure des grains se produit plus régulièrement que sur un matériau broyé et on évite les risques de clivage et d’encrassement.
Caractéristiques chimiques.
La teneur en silice doit être la plus élevée possible. La présence d'impuretés telles que chaux, argile, mica, fer, pourrait entraîner l’encrassement de la couche filtrante et une moindre résistance aux acides.
ORIGINE DES GISEMENTS
On trouve ces types de sables de silice de haute pureté dans les gisements métamorphiques et notamment dans les Alpes, d’où les moraines granitiques provenant des grands glaciers ont été entraînées, dans les temps géologiques, par l’Isère et le Rhône, pour se déposer finalement après fragmentation en bordure de la falaise, calcaire du Vercors.
Le cheminement erratique des quartz y a provoqué un polissage des grains en leur donnant une forme sphéroïde, avec des dimensions variant de 10 microns à 10 mm, mais c’est dans les grains de 1 à 4 mm que l'on observe la forme sphéroïde la plus parfaite.
mination des éléments fins tels que le mica, ou solubles tels que la soude et la potasse. On peut donc trouver, sur place, un minerai contenant une silice de quartz appelée communément « quartzite », à forte teneur en silice et à faible pourcentage d'impuretés, particulièrement apte à la production des sables utilisés en filtration.
EXTRACTION ET TRAITEMENT DES QUARTZITES
Ces données favorables de la nature sont mises à profit par notre société qui exploite un tel gisement à Rochefort-Samson, près de Valence dans la Drôme.
[Photo : Aspect du gisement après décapage hydraulique de la découverte (le cliché représente une hauteur de 10 m)]
L'exploitation s'effectue à flanc de colline où, après décapage à l'eau de la découverte, le minerai est abattu à sec, puis délité et transporté par gravité vers l'usine. Il subit alors un traitement hydraulique qui permet, le matériau étant très friable, de séparer le kaolin qui surnage, de la silice qui sédimente au fond des bacs (figure 1). Celle-ci est dirigée vers un système de tamis vibrants à mailles fines, qui permet de séparer les granulométries de façon précise (jusqu'à 500 microns) ; ces tamis, équipés d'un système de jets d'eau et de ballonnets de caoutchouc, assurent un excellent lavage et le décolmatage des grilles. À la sortie des tamis, les matériaux de chaque granulométrie sont bien séparés ; ils sont stockés à l'état humide dans des cases situées sous l'usine de traitement.
[Photo : Figure 1 – Schéma de l'installation de traitement du minerai]
La fraction de quartz inférieure à 500 microns est traitée par décantation ou centrifugation et le kaolin, après épaississement, est évacué vers une autre usine.
Les quartz sont repris pour séchage en lit fluidisé, ce qui provoque le décollement des fines adhérant à la surface des grains et leur élimination par dépoussiérage. À la sortie du four et pour terminer l'opération, des tamis de finition effectuent un criblage final qui permet de parfaire le tri.
Les sables de chaque granulométrie sont ensuite mis sur camion, soit par chargement pneumatique, soit en sacs après conditionnement automatique.
L'installation, réglée par un poste de commande centralisée, permet de traiter 25 t/heure et la capacité totale de stockage des silos est de 3 000 tonnes. Les eaux de lavage sont recyclées et réutilisées pour le délitage du minerai.
[Photo : Le poste d'ensachage]
[Photo : Le poste de commande de l'usine]
SPÉCIFICATIONS DES QUARTZITES
Le mode de traitement décrit ci-dessus permet d'obtenir une silice de quartz presque pure, dont la teneur en éléments étrangers ne dépasse pas 1 % au total, soit :
- — Silice 99 %
- — Soude et potasse 0,2 %
- — Oxyde de fer 0,15 %
- — Chaux, magnésie 0,15 %
- — Kaolin 0,4 %
- — Divers 0,1 %
Ces éléments sont pour la plupart combinés à la silice ou au kaolin ; leur sensibilité aux agents corrosifs tels que HCl, avec lequel la perte à 20 ° (0,068 %), est inférieure à la norme (maximum 2 %).
Analyse physique.
Cette quartzite mono-cristalline est caractérisée par l'absence de plans de clivage et par la sphéricité de ses grains. Cette particularité permet un classement rigoureux des grains qui présentent dès lors une taille effective (TE) et un coefficient d'uniformité largement inférieurs aux normes (1). La friabilité à 1 500 coups (selon la méthode Degrémont) est de 6 % ; des meilleurs dans l'échelle de valeurs de cette mesure.
Comme on l'a signalé plus haut, la forme des grains présente l'avantage de conduire à une usure régulière, sans entraîner de brisures et permettant de conserver une couche filtrante de porosité constante. De plus, et en raison de ces caractéristiques et de la surface polie de la silice, le lavage des filtres est rendu plus aisé, d'où une économie de temps et d'eau de lavage.
[Photo : Grains de quartz 10/14.]
[Photo : Granulométrie des divers quartz de filtration]
LES SABLES UTILISÉS EN FILTRATION DES EAUX
Les diverses granulométries sont utilisées en fonction du service demandé (figure 2).
(1) La taille effective est l'ouverture de maille laissant passer 10 % du produit. Un sable 10/14 d'une taille effective de 0,90, par exemple, ne doit pas comporter plus de 10 % de grains inférieurs à 0,90 mm. La taille effective permet ainsi de définir la dimension minimale des grains de sable.
Le coefficient d'uniformité est le rapport des mailles laissant passer respectivement 60 % et 10 % du produit. Il définit un sable de granulométrie serrée, ce qui garantit son pouvoir filtrant. Le coefficient d'uniformité doit être inférieur à 1,5.
- TE 0,40 (30/50) : piscines (également utilisée pour la filtration de produits chimiques).
- TE 0,65 (8/12) : piscines et eau potable.
- TE 0,90 (10/14) : la plus couramment utilisée pour la filtration de l'eau potable.
- TE 1,10 (14/20) et 1,60 (20/35) : eaux potables et industrielles fortement chargées en impuretés (qui risqueraient de colmater des sables de granulométries plus fines). Ces deux granulométries servent également, avec les 3/5, 5/8 et 10/20, de support aux couches filtrantes, notamment dans les piscines.
La silice appelée « microsable » est utilisée dans les décanteurs des types « Cyclofloc » et « Fluorapid » ; de courbe granulométrique très précise, elle permet d'accélérer la floculation.
