Brevet FR2016066A1 — publié le 19700430

1)ans ui certain nombre de traitements industriels, une meilleure connaissance de la concentration des sels ou des alcalis serait très désirable. Par exemple, la séparation des sels des solutions de saumure constitue un stade final du traitement de la potasse, de la soude calcinée, de grande pureté, etc., au cours duquel les saumures sont d'abord évaporées puis cristallisées; et le contrôle correct des concentrations de sels à la fin du stade d'évaporation est très désirable lorsque le produit final doit être exempt d'impuretés.Selon un autre exemple, dans la séparation des minerais de métaux par flottation, des réactifs tels que le cyanure de potassium et le xanthate de plomb sont utilisés et leurs proportions par rapport au coulis de minerai d'alimentation doivent être soigneusement établies afin d'améliorer le contrôle de la flottation pour qutil nten reste dans l'eau de queue qu'une concentration résiduelle constante et désirée. Le présent appareil d'analyse de matières répond aux modifications du minerai fourni au traitement. Les réactifs sont adsorbés par les particules et lorsque la valeur résiduelle est contrôlée, l'excès se trouve également contrôlés Les variations de l'excès sont en relation avec les variations du minerai. La quantité de réactif à assurer est déterminée par un rapport entre celle-ci et la quantité de minerai introduit dans le procédé de flottation.La quantité de réactif adsorbée par le minerai et sortant sous la forme de concentré peut varier selon le mode de broyage de minerai et sa nature. La différence est la concentration résiduelle qui sort dans liteau de aueue. La quantité de réactif assurée est supérieure à celle nécessaire pour adsorption complète puisqu'il existe toujours quelque excédent, et ce dernier est résiduel, de sorte que si le résidu est contrôlé à une valeur sensiblement constante, le total variera avec le minerai et une économie est réalisée sur la consommation de réactif, puisqu' un minimum d'excédent ou de résidu s'en va aux déchets. La présente invention a trait à un appareil d'analyse de matières, à fonctionnement continu, adapté à l'utilisation avec une solution diluée d'échRntillon à analyser, par exemple lorsaue un photomètre à flamme, un dispositif d'émission de flamme à absorption atomique ou appareil analogue est alimenté au moyen d'un échantillon dilué de la matière à analyser. L1échantillon de sel est brize dans une flamme de propane ou d'hydrogène, de sorte que la couleur de la flamme varie par rapport au sel, et l'on fait passer une lumière à travers la flamme sur un prisme de telle sorte que l'angle de réfraction résultant soit fonction de la longueur d'onde impliquée.Un ou plusieurs tubes photomultiplicateurs sont alors disposés selon des angles choisis, et l'intensité de lumière détectée par les divers tubes indique la concentration de chaque matière sélectionnée dans l'échantillon. Le dispositif résultant est adapté pour commande par une calculatrice numérique à programme pour sélectionner les matières échantillonnées et la dilution de ces échantillons, ainsi que pour calculer les concentrations originales d'après la sortie du photomètre. Il est également envisagé que la calculatrice détermine aussi un nettoyage et un étalonnage périodiques de cet appareil d'analyse. Un dispositif convenable d'annonce A peut être associé à la calculatrice si on le désire. La présente invention a pour objet d'apporter un appareil perfectionné d'analyse de matières qui fonctionne mieux avec un instrument d'analyste plus simple, et assure une meilleure préparation contrôlée de l'échantillon en relation avec la portée de fonctionnement de cet instrument. L'invention a aussi pour objet d'assurer une participation perfectionnée d'un instrument dtana- lyse commun, à cette fin, entre un certain nombre de points de prélèvement a 'échantillons d'un traitement industriel afin de perfectionner l'installation de l'instrument d'analyse. La figo 1 est une représentation schématique de l'appareil d'analyse d'échantillons de matières de la présente invention la fig. 2 est une représentation schématique d'un agencement convenable de brûleur à écoulement lamellaire pour le photomètre à flamme représenté à la fig. 1 ; et la fig. 3 illustre le principe de fonctionnement qui consiste à faire passer la lumière de deux sources dans la flamme du broyeur puis dans la fente dtentrée d'un spectrographe pour déterminer la mesure analytique désirée de matières déterminées. La fig. 1 représente divers conduits d'introduction d'échantillons 10, 12, 14 et 16, venant de quelque appareil de traitement 17 et raccordés au côté aspiration d'une pompe 18 par l'intermédiaire de vannes à solénoïde 20, 22, 24 et 26, dans le but de retirer des solutions renfermant un précipité, d'un cer tain nombre rds dispositifs correspondants de traitement, tels que des cônes de précipitation, utilisés dans une installation de précipitation de type à cônes à l'intérieur de l'appareil de traitement 17.L'agencement est pourvu d'une calculatrice numéri- que à programme 30 destinée à assurer la séquence de fonctionnement des vannes pour contrôle à la chaine de l'échantillonnage de matières introduites selon les désirs afin de contrôler le procédé de précipitation en vue d'une récupération maximale de cuivre et une réduction minimale de la quantité de cuivre évacué dans la solution stérile. La calculatrice numérique 30 a pour fonction de commander l'ouverture de l'une sélectionnée des vannes 20, 22, 24 et 26, pour fournir un échantillon de la solution contenant le précipité à la pompe 18 et au filtre 32, lequel est destiné à éliminer tous solides non en solution. Un transducteur de détection de débit 34 et un transducteur 36 de détection de densité sont associés à la calculatrice 30 pour permettre une intégration par celle-ci de la quantité nette de cuivre tirée de chaque cône de précipitation par l'une des vannes 20, 22, 24, 26.L'échantillon de précipité en solution passe alors dans un conduit 38 sous une forme diluée par liteau amenée par le conduit 39, à une dilution d'environ 1006à I selon la détermination effectuée par le fonctionnement d'une pompe de dosage 40 commandée par la calculatricè 30, l'eau de dilution étant fournie par une source 41. De cette manière, un échantillon sélectionné de solution est retiré, au régime d'environ un échantillon à la minute, de l'un des précipiteurs, subit une dilution contrôlée et est introduit , sous une pression contrôlée déterminée par le fonctionnement d'une vanne régulatrice de pression de rétroaction 42, par une vanne 44 à solénoïde et un régulateur de débit bien connu 46, dans le brûleur d'un photomètre à flamme 48. Le régulateur de débit 46 a pour fonction d'établir le débit d'échantillon requis pour le fonctionnement du photomètre à flamme 48, lequel débit est maintenu pratiquement constant. La solution en surplus passant dans la vanne de réglage de pression 42 retourne à l'appareil de traitement 17, à volonté. Entre les analyses d'échantillons de solution, ou après l'analyse d'un nombre déterminé de différents échantillons de solution, la calculatrice excite la vanne à solénogde 44 et la vanne à volénoSde 50 pour bloquer le courant d'échantillons du conduit 38, et permettr à l'eau u soluté de lavage du brflleur de passer du récipient 51 dans le brôleur pendant un temps suf- fisant pour en effectuer le nettoyage et en empêcher ltencrasse- ment. Après cette opération de nettoyage, la vanne 44 et la vanne 50 reprennent leurs positions primitives, et l'analyse des échantillons du conduit 38 progresse selon la précédente description. À une fréquence d'intervalles à déterminer par expérience, par exemple toutes les 5 minutes, les vannes à solénoSdc 44 et 52 sont commandées par la calculatrice 30 pour permettre à une solution normalisée, d'analyse connue, de passer du récipient 53 dans le brdleur du photomètre à flamme 48. La solution normalisée peur: met un réglage de la flamme du photomètre 48 pour étalonnage de normalisation de celui-ci, lorsqu'on le désire. Les lectures respectives d'instrument d'analyse relatives aux divers éléments ainsi que la lecture de normalisation sont notées par la calculatrice 30 qui met alors à jour automatiquement les courbes d'étalonnage de son programme emmagasiné conformément à ses lectures de la solution normalisée.Après achèvement de cet étalonnage, les vannes 52 et 44 sont ramenées à leurs positions originales normales, de sorte que peuvent être reprises les analyses désirées d'échantillons de solution de l'installation de traitement, amenés par le conduit 58. Dans un certain nombre de procédés industriels y compris les traitements de récupération de minéraux, la connaissance de la concentration de sels ou d'alcalis contenus dans des solutions échantillons sélectionnées permettrait de perfectionner le rendement de l'installation ou la qualité du produit à obtenir, en particulier si l'analyse des échantillons pouvait être exécutée à la chaine, selon la présente description, par une calculatrice programmée, laquelle peut aussi être couplde pour commander le fonctionnement de l'appareil de traitement 17.L'appareil de la présente invention convient particulièrement bien aux solutions échantillons contenant un certain nombre de phases dissemblables, chacune de ces phases pouvant être ramifiées par la mesure de concentration de la matière correspondante, par exemple quelque métal. 'appareil de 1 'invention est d'une application étendue dans les industries chimiques et de traitement de minéraux. La séparation des sels des solutions de saumure constitue un stade final du traitement de la potasse, de la soude calcinée, de grande pureté et produits analogues. Les saumures sont d'abord évaporées, puis cristallisées. La concentration correcte de sels à la fin du stade d'évaporation est importante si le produit cristallisé doit être exempt d'impuretés. La mesure des concentrations initiales et finales de sels effectuée par l'appareil d'analyse de la fig. I permet de déterminer la pression approximative de vapeur et les températures du stade assurant les concentrations désirées de la solution à son introduction dans les cristallisoirs.Typiquement, on peut citer comme solutions de phases bien connues les deux suivantes zal - Raval - Mgal2 S2S04 - NaCl - Mec12 Un contrôle serré de ces solutions résulte en un rendement plus élevé et un produit plus pur. Selon un autre exemple d'application de la présente invention, dans la séparation des minerais de métaux par flottation, on utilise des réactifs tels que le cyanure de potassium et le xanthate de plomb. Idéalement, le rapport entre ces réactifs et le coulis de minerai d'alimentation doit être établi de manière que leur contentration résiduelle soit constante dans l'eau de queue. Une connaissance de la concentration résiduelle permet de contrôler la consommation de réactifs au moyen de la calculatrice 30, et constitue également une indication des variations de la qualité du minerai. Ces variations permettent à la calculatrice 30 de régler d'autres paramètres tels que la densité du coulis, afin d'optimiser le rendement de la cave de flottation. La présente invention envisage l'utilisation d'un photomètre à flamme à fonctionnement continu, conjointement à une dilution automatique des échantillons, de manière que l'installation d'analyse résultante soit commandée par une calculatrice numérique 30 programmée de manière à sélectionner le fonctionnement de point de dilution d'échantillons, à calculer la concentration originale de la matière d'après la sortie du photomètre et à des intervalles choisis, à effectuer automatiquement le nettoyage du bradeur de l'instrument 48 et ltétalonnage de ce dernier. Le débit d'échantillon à analyser, après filtrage, est mesuré et la pompe de dosage d'eau réglée par la calculatrice 30 de manière à ajouter 1' eau au régime voulu pour donner la dilution désirée d'échantillon, basée sur le calcul effectué par la calculatrice 30 du volume de coulis passant dans le conduit 38. La pression par rapport au photomètre 48 est commandée par la vanne de réglage de contre-pression 42 et le débit total d'échantillon dilué est de beaucoup supérieur à celui requis pour le fonctionnement du photomètre 48. Le surplus de solution passant par la vanne de réglage de contre-pression 42 retourne à l'appa- reil 17 de traitement. L'échantillon proprement dit passe par la vanne à solénoïde 44, puis par le régulateur de débit 46 dans le brûleur du photomètre à flamme 48, le régulateur 46 étant réglé pour le débit requis d'échantillon, débit établi à quelque valeur pratiquement constante. La calculatrice numérique 30 est programmée pour exécuter les fonctions suivantes 1. - Pour la période désirée d'analyse d'échantillons, sélectionner une vanne à solénoïde particulière d'introduction d'échantillons parmi les vannes 20, 22, 24, 26, et régler la vanne à solénoïde 44 selon les conditions requises pour présenter l'échantillon sélectionné au photomètre à flamme 48 en vue de son analyse. 2. - Mesurer le débit et la densité de l'échantillon et déterminer le prorata de liquide de dilution de la source 41 pour obtenir la dilution désirée et pratiquement constante de l'échan tiglon. 3. - Suivre le mouvement de l'échantillon jusqu'au beur du photomètre à flamme 48, puis effectuer la lecture de la sortie d'analyse d'échantillon du photomètre 48. 4. - Calculer les concentrations des sels mesurées ou autres matières détectées dans l'échantillon original tiré de l'appareil de traitement ; le calcul des valeurs moyennes de sortie de photomètre d'après un certain nombre de lectures successives d'analyses permet d'obtenir de manière très satisfaisante l'analyse d'un échantillon représentatif. 5. - Sélectionner un autre échantillon successif des vannes 20, 22, 24, 26, pour constituer un échantillon du conduit associé raccordé à un précipiteur différent de l'appareils1Te- traitement, et continuer le programme d'analyse que lton vie-nt de décrire. La fig. 2 représente un brQleur à aspirateur, tel que le type utilisé dans le photomètre à flamme 48 représenté à la fig. 1. Ce dispositif consiste en un brûleur bien connu à mélange externe et consommation totale, conçu sur le principe d'écoulement des gaz entre cônes. Un agent d'oxydation tel que l'air ou l'oxygène entre dans le bradeur par le conduit externe 60 d'alimentation de gas et est dirigé vers le haut et autour de l'aspirateur capillaire 62. La vélocité du gaz d'oxydation passant dans les orifices du capillaire produit un effet Venturi créant un vide dans celui-ci, ce vide étant utilisé pour aspirer un échantillon de solution par le conduit 63 dans l'aspirateur et dans le courant de cisaillement d'agent oxydant. Le combustible tel que le propane ou l'hydrogène entre dans le brûleur par le conduit externe 66 d'alimentation en gaz et est dirigé vers le haut autour du courant d'oxydation. Les vélocités des courants de gaz impliqués produisent un mélange très efficace de combustible, d'oxygène et d1échantil- lon de solution dans la flamme à la pointe de bradeur. La fig. 3 illustre le principe bien connu de fonctionnement consistant à faire passer la lnmière de deux sources à travers la flamme du brtleur et dans la fente d'entrée d'un spectrographe pour déterminer la mesure analytique désirée d'éehantillons déterminés. Un premier tube 70 à éléments multiples, à cathode creuse, et un second tube 72 à éléments multiples, à cathode creuse, respectivement, fournissent la lumière qui est combinée pour passer à travers la flamme du brûleur 74 qui peut être associé au photomètre à flamme 48 de la fig. 1. Cette lumière tombe sur la fente d'entrée 78 d'un spectrographe 76.La radiation résultante atteint un plan focal qui peut comprendre un certain nombre de fentes ou une fente unique 78, ainsi que représenté à la fig. 3, de manière que par rotation des lentilles réfringentes 80 chaque raie du spectre soit effectivement isolée en termes du tube photomultiplicateur 82 et de il appareil de lecture associé 84. De cette manière, grtce à une rotation en correlation et commandée du réseau ou lentilles réfringentes 80, tous les éléments désirés à a s ly-r rrLt être mesurés. On peut utiliser si on le désire un tube photocommultiplicateur pour chacune d'un certain nombre de fentes. L'appareil représenté à la fig. 1 fonctionne de telle sorte que d'amples échantillons successifs de matière sont retirés par une commande appropriée des vannes respectives 20, 22, 24 , 26 et seulement environ 10 ffi de chaque échantillon sont actuellement introduits dans le régulateur de débit 46 et le brûleur du photomètre à flamme 48. La plus grande quantité constituant ltéchan- tillon réduit le décalage de temps de transport et assure la purge de l'appareil entre les échantillons successifs afin de réduire la contamination de ces derniers, et perfectionner le caractère représentatif de 1' analyse finale de l'échantillon.La pression de l'échantillon prélevé de l'appareil de traitement pour analyse est réglée par la vanne de contre-pression 42 fonctionnant avec une pompe 43 de réglage de pression. La calculatrice a pour fonction de régler automatiquement le rapport de dilution pour donner un échantillon de solution correcte, et détermine les facteurs corrects des signaux de sortie du photomètre à flamme en conséquence. De la sorte, la concentration totale des ions cuivre et fer dans la solution échantillon analysée est déterminée, d'après laquelle l'équilibre de matières autour du précipiteur peut être calculé. L'échantillon fourni au photomètre 48 est dilué de manière que la concentration maximale des ions, cuivre ou fer, soit de l'ordre de 30 micrograznmes/mm. Le rapport de dilution, si cette concentration se trouve dépassée, doit être réglé de manière à amener la lecture de l'instrument dans cette gamme. Connaissant la concentration des ions cuivre et fer dans les échantillons dilués, leur concentration dans l'eau de dilution et le rapport de dilution, il est possible de calculer avec précision la concentration de leurs ions dans l'échantillon original. Aux fins d'optimisation du précipiteur, en supposant que le cône de fer soit maintenu à un niveau pratiquement constant, la seule variable indépendamment contrôlée semblerait être le débit. Le débit optimal variera en fonction des concentrations de sels de cuivre et de fer et la température de réaction. La totalité de ces grandeurs peuvent outre mesurées par la calculatrice 30 contrôlant l'appareil de traitement 17. Un faible débit donnerait un fort taux de récupération avec peu de cuivre particulaire dans la solution stérile mais une forte consommation de fer. Un fort débit donnerait une moindre récupération, avec une forte concentration de cuivre particulaire dans la solution stérile, nais une plus faible consommation de fer. L'optimum est le plus faible prix par kg. du total de cuivre précipité compensé par les dépenses impliquées par l'élimination de grandes quantités de cuivre entrainées des précipiteurs dans le caniveau. La calculatrice numérique 30 peut calculer le rendement courant en francs et régler le débit de chaque précipiteur de manière à obtenir ce résultat d'une manière très directe. D'après un équilibre des matières, la quantité de cuivre accumulée dans le récipiteur peut être calculée. Lorsque celle-ci a atteint une certaine valeur, le cuivre peut être retiré. L'intégration du débit et de la densité de l'échantillon de coulis contenant le cuivre précipité, permet de calculer le moment d'arrêter le retrait. Cette donnée peut aussi être utilisée pour le calcul de rendement à long terme de chaque précipiteur. La calculatrice 30 peut être pro-grammée de telle sorte que le coulis de cuivre soit retiré d'un seul précipiteur à la fois, pour permettre l'utilisation de transmetteurs communs de débit et de densité dont le temps de fonctionnement est partagé entre tous les précipiteurs. B ien que la présente invention ait été décrite sous une forme particulière, on peut lui apporter diverses modifications qui restent dans sa portée REVES ADIONS i. - Appareil d'analyse de matières utilisant un liquide renfermant un échantillon de matière à analyser, comprenant un premier dispositif pour détecter la dilution de cet échantillon dans ce liquide, un second dispositif ayant pour fonction de déterminer la dilution de cet échantillon requise pour son analyse, un dispositif d'analyse destiné à recevoir une fraction déterminée de cet échantillon pour son analyse, et un dispositif répondant à ce premier dispositif pour commander le fonctionnement du second ainsi que pour commander le fonctionnement du dispositif d1 analyse afin d'obtenir une analyse prédéterminée de cet échantillon. 2o - Appareil d'analyse selon la revendication i, caractérisé par le fait que le dispositif de commande fonctionne selon un programme d'échantillonnage de telle sorte qu'un échantillon différent soit fourni au dispositif d'analyse à des intervalles prédéterminés. 3. - Appareil d'analyse selon la revendication 2, caracté- risé par le fait que le premier dispositif détermine une caracté rustique prédéterminée de cette solution passant dans cet appareil, que le second dispositif a pour fonction d'assurer une dilution prédéterminée de cette matière dans cette solution, ce dispositif d'analyse agissant sur cette solution pour déterminer la quantité de cette matière y contenue. 4. - Appareil d'analyse de matière selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ce dispositif de commande fournit des échantillons prédéterminés de cette matière au dispositif d'ana- lyse à des intervalles prédéterminés assez longs pour que ce dispositif achève une mesure désirée de la quantité de cette matière dans chacun de ces échantillons prédéterminés. 5. - Appareil d'analyse de matière selon l'une ou l'autre des précédentes revendications, comprenant un dispositif d'étalonnage s'associant au dispositif d'analyse à intervalles déterminés par le dispositif de commande pour fournir un liquide étalon en vue de ltétalonnage de ce dispositif d'analyse. 6. - Appareil d'analyse de matière selon l'une ou l'autre des précédentes revendications, comprenant en outre un troisième dispositif s'associant à ce dispositif analyse à des intervalles déterminés par le dispositif de commande en vue de son nettoyage pour en maintenir le fonctionnement correct. 7. - Appareil d'analyse de matière selon 1iume ou l'autre des précédentes revendications, ayant pour fonction d'analyser un échantillon de matière provenant d'un appareil de traitement, caractérisé par le fait que ce dispositif de commande agit sur le premier dispositif pour déterminer cette caractéritique d'un échantillon sélectionné de matière de cet appareil de traitement, ce dispositif de commande produisant un signal de sortie destiné à être couplé à l'appareil de traitement pour en commander lefonctionnement selon l'analyse de cet échantillon de matière. 8. - Appareil d'analyse de matière selon l'une ou l'autre des précédentes revendications, caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'un photomètre à flamme dans la flamme duquel on fait passer cet échantillon.