Contribution à l’analyse des facteurs influents du processus de charge triboélectrique des matériaux granulaires

Abstract

الملخص (بالعربية) :

عندما يتم فرك مادتين ضد بعضهما البعض، تكتسب كل منهما شحنة كهربائية من علامات معاكسة. آلية اكتساب هذه الشحنة الكهربائية، معروفة باسم كهرباء الاحتكاك، هي أساس مبدأ تشغيل أجهزة الفرز بواسطة الكهرباء الساكنة لمزيج حبيبات البلاستيك. كان الهدف من أطروحة الدكتوراه تقييم تأثيرات العوامل الهندسية (حجم الحبيبات)، وحالة السطح (الخشونة وقابلية البلل) والتركيب الكيميائي (وجود مثبطات اللهب المبرومة)، على الشحن الكهربي لجزيئات البوليمرالناتجة من نفايات المعدات الكهربائية والإلكترونية. ثم تم استخدام الدراسة البارامترية لهذه العوامل كأساس لتحسين ظروف الشحن الكهربائية الاحتكاكية من أجل تحسين كفاءة الفرز بالكهرباء الساكنة. أدى تقليل حجم الحبيبات إلى تحسين نتائج الفصل الكهروستاتيكي للبوليمرات. لقد ثبت أن معالجة سطح حبيبات البلاستيك بواسطة التفريغ الكهربائي مع حاجز عازل فعالة في الشحن الكهربي وقابلية الفرز بالكهرباء الساكنة. تم تصميم منصة تجريبية للمعالجة السطحية للمواد الحبيبية بواسطة التفريغ الكهربائي مع حاجز عازل بنظام ديناميكي من أجل التمكن من دمج هذه العملية في مصانع الرسكلة. أكد العمل الذي تم في هذه الأطروحة أيضًا امكانية الشحن والفرز الكهروستاتيكي للمخاليط الحبيبية لنفس البوليمرات المبرومة وغير المبرومة. ---------------------------------------------- Résumé (Anglais) : Abstract: When two materials are rubbed against each other, or simply brought into contact, they acquire electric charges of opposite signs. This charge acquisition mechanism, called triboelectricity, is the basis of the working principle of the electrostatic separators for granular mixtures of insulating materials. This thesis is aimed at evaluating the effects of geometric factors (size of the granules), surface condition (roughness and wettability) and chemical composition (presence of brominated flame retardants) on the triboelectric charging of plastic particles originated from waste electrical and electronic equipment. The parametric study of these factors was then used as a basis for optimizing the triboelectric charging conditions and improving the efficiency of the electrostatic separation. Particle size reduction, as well as the use of shredding as a simultaneous operation of grinding and triboelectric charging, enhanced the feasibility of the electrostatic separation of granular polymers. A surface pretreatment by dielectric barrier discharge (DBD) proved to be effective on triboelectric charging and electrostatic separation of such materials. An experimental bench for the surface treatment of granular materials by dynamic DBD was designed and built, in order to integrate this technology into an industrial process. The work carried out in this thesis has also confirmed the feasibility of triboelectric charging and electrostatic separation of granular mixtures of brominated and non-brominated polymers. ---------------------------------------------- Résumé (Français) : Résumé : Lorsque deux matériaux sont frottés l’un contre l’autre, ou simplement mis en contact, ils acquièrent chacun une charge électrique de signes opposés. Ce mécanisme d’acquisition de charge, portant le nom de triboélectricité, est à la base du principe de fonctionnement des séparateurs électrostatiques des mélanges granulaires de matériaux isolants. L’objectif de cette thèse de doctorat a été d’évaluer les effets des facteurs géométriques (taille des granules), de l’état de surface (rugosité et mouillabilité) et de la composition chimique (présence des retardateurs de flamme bromés), sur le chargement triboélectrique des particules de polymère issus des déchets des équipements électriques et électroniques. L’étude paramétrique de ces facteurs a servi ensuite de base pour optimiser les conditions de chargement triboélectrique afin d’améliorer le rendement de la séparation électrostatique. La réduction de la taille des granules, ainsi que l’utilisation du broyage en tant qu'opération simultanée de granulation et de chargement triboélectrique a permis l’amélioration de la séparation électrostatique des polymères. Un prétraitement de surface par une décharge à barrière diélectrique (DBD) s’est montré efficace sur le chargement triboélectrique et la séparabilité électrostatique de tels matériaux. Un banc expérimental de traitement de surface des matériaux granulaires par DBD dynamique a été conçu et réalisé afin de pouvoir intégrer ce procédé dans un processus industriel. Les travaux réalisés dans cette thèse ont aussi confirmé la faisabilité de la charge triboélectrique et de la séparation électrostatique des mélanges granulaires des mêmes polymères bromés et non-bromés.