Brevet FR2085182A1 — publié le 19711224

i 2085182 La présente invention, due à Messieurs Richard COHEN-ALLORO, Roger CUVTLLIËR et Jean GRASSAUD dans le cadre des travaux qui leur ont été confiés par le demandeur, se rapporte à un procédé et à un appareil de séparation en milieu humide d'un produit granuleux ou pulvérulent dont les 5 constituants présentent des écarts de masse volumique, ainsi qu*un procédé mis en oeuvre permettant de favoriser cette séparation densimétrique à partir de particules de dimensions variables, môme très fines et inférieures à une centaine de microns. Des appareils de ce genre, connus sous le nom de bacs à diaphragme ou 10 jigs, utilisent l'effet de pistonnage provenant du mouvement alternatif d'une membrane ou d'un piston libre. Ces appareils existent en plusieurs variantes. D'une façon générale, ils transmettent des mouvements de pulsion et succion qui se propagent à travers les produits à séparer et permettent leur classement densimétrique et l'extraction sélective des particules les plus lourdes 15 d'une part, et de la fraction résiduaire plus légère d'autre part. Ce classement est en outre favorisé dans la plupart des cas, par la présence d'un milieu de densité appropriée, appelé lit, constitué soit par le produit lui-mÊme préalablement calibré, soit par un matériau étranger d'une densité ou d'une nature judicieusement choisie. Ce lit subit successivement 20 des dilatations et des rétractions de sorte qu'au moment de son expansion il se laisse traverser par les particules théoriquement les plus denses, tandis que s'évacuent par débordement les particules les plus légères des couches supérieures. La séparation des lourds et des légers s'effectue donc au cours de la 25 dilatation du lit, et cette dilatation est provoquée par le mouvement ascendant d'une masse d'eau poussée par le système mécanique de pistonnage, dont le mouvement est de mftte sens que celui du courant d'eau. Un effet défavorable de ce mouvement ascendant de l'eau se manifeste sur les particules les plus fines qui, indépendamment de leurs masses volumiques respectives, sont entraînées 30 vers les couches supérieures et débordent de l'appareil avec la fraction des particules considérées corne légères. De tels appareils sont limités, dans leur utilisation, par leur imperfection qui se manifeste, non seulement au niveau de la valeur technique générale de la séparation, mais encore à celui des granulométries traitées, 35 dont le classement densimétrique décroît d'efficacité au fur et à mesure que les particules deviennent plus fines. En effet, suivant les conditions de réglage adoptées, et la nature des produits traités, les appareils classiques fournissent soit un concentré de lourds à haute teneur mais à faible récupération, et constitué essentiellement de particules de grossières dimensions 40 comme on vient de l'exposer, soit un préconcentré de lourds à plus forte 70 00396 2 2085132 récupération mais à faible teneur à cause de l'entraînement inévitable de particules fines non classées et qui ont filtré à travers le lit, souillant ainsi le préconcentré. En outre, du fait de leur conception mécanique, ces appareils sont inopérants lorsqu'il s'agit de traiter un produit constitué 5 exclusivement de fines particules de dimensions inférieures à un dixième de millimètre. Dans ce cas, on observe généralement des difficultés de mise en fluidisation et la formation d'une croûte superficielle imperméable. Cette croûte ne laisse plus le libre passage vers le bas du produit d'alimentation 10 et perturbe par son propre mouvement le classement gravimétrique des particules sous-jacente3. L'ensemble non classé de ces particules finit par traverser le lit et par souiller le préconcentré. En vue de pallier cet inconvénient, certains appareils ajoutent au courant d'eau ascendant principal un courant d'eau secondaire, compensateur de succion et destiné à empêcher la formation 15 de la croûte. Mais il en résulte alors un entraînement permanent vers le haut, des fines particules, indépendamment de leurs masses volumiques respectives. t*objet principal de la présente invention est un procédé de séparation gravimétrique de matériaux granuleux ou pulvérulents, sous forme de particules grossières ou sous forme de particules fines et inférieures à un dixième de 20 millimètre, ou encore sous la forme d'un mélange quelconque de particules fines et grossières, selon lequel on déverse le mélange auquel peuvent être ajoutées des particules récupérables et recyclâbles de granulométrie supérieure à celle des produits à traiter, en vue de réaliser une plage étendue de granulométrie, dans un panier à fond perméable fixé sur un support élastique relié aux parois 25 d'un bac rempli d'un fluide liquide et l'on fait subir audit panier un mouvement alternatif vertical en synchronisme avec les moyens conventionnels de mise en mouvement alternatif du liquide contenu dans le bac tel que piston ou diaphragme. L'expérience montre qu'un tel procédé présente l'avantage considérable 30 de supprimer aussi bien l'entraînement par succion des fines indésirables souillant les produits denses recueillis que le rejet des fines particules de produits denses qui étaient perdus avec les appareils antérieurs où l'effet de succion devait être systématiquement compensé par un apport de liquide extérieur s'opposant au mouvement descendant de l'eau du bac. Dans le cas du 35 procédé de 1*invention, on obtient au contraire une sédimentation remarquable des produits denses pendant le courant ascendant du liquide à travers le panier, période au cours de laquelle le panier s'enfonce dans le liquide provoquant la fluidisation parfaite du lit et des matériaux à traiter. On remarquera donc que l'appareil conforme au procédé préconisé utilise un mouve-40 aient de pistonnage en opposition de sens avec celui du fluide qui traverse le 70 00396 2085182 lit. Un autre objet de l'invention est un procédé tel qu'il vient d'être défini, selon lequel le volume du liquide passant à travers le fond dudit panier lors de son mouvement alternatif en synchronisme avec le mouvement 5 alternatif de la membrane ou du piston d'entraînement du liquide est supérieur au volume de l'eau déplacée par ledit diaphragme ou piston, tandis que les mouvements du panier et du piston ont même amplitude en vue de produire un effet différentiel dû à l'inégalité des sections des bases du bac, la base supérieure ayant une section plus grande que la base inférieure. 10 Ce procédé permet non seulement de simplifier les mécanismes de commande du mouvement du panier puisqu'il suffit d'une simple liaison mécanique entre le panier et le piston, mais encore d'améliorer considérablement par rapport aux appareils antérieurs la régularité du passage de l'eau à travers le panier et d'améliorer la séparation dans un lit fluidisé d'une 15 manière homogène. Un autre objet de l'invention est un procédé tel qu'il vient d'être défini selon lequel le mouvement du panier est brusquement accéléré au début de sa descente tandis que le flot du liquide au-dessus des matériaux contenus dans le panier est régularisé par un système de parois verticales fixes 20 jouant un rôle de brise-lames. La régularisation du flot du liquide conjuguée à la brusque descente du panier a pour effet de libérer tous les grains de leur support, ceux-ci réagissant différemment dans le courant d'eau ascendant et uniforme en fonction de leurs volumes et de leurs densités respectives. L'expérience montre 25 qu'il devient alors très facile non seulement de séparer des matériaux composés de particules de dimensions très variées mais encore de séparer des matériaux composés de très fines particules et de dimension inférieure au dixième de mm. Ce résultat qui ne pouvait être obtenu avec les procédés antérieurs résulte de la libre sédimentation réalisée en un temps très court 30 et qui se poursuit pendant toute la mise en fluidisation du lit et du produit à traiter sans perturbation de la zone de liquide au-dessus du lit. Un autre objet de l'invention est d'améliorer encore ledit procédé en conjuguant le mouvement de montée du panier avec la mise en communication du bac, à un niveau situé entre le panier et le piston, avec un réservoir de 35 liquide ouvert et en conjuguant le mouvement de descente du panier à la coupure de ladite communication accompagnée d'un léger retrait progressif et momentané de l'eau au-dessous du panier. Ce procédé permet alors de supprimer l'effet de légère succion se produisant par la montée du panier et qui aurait provoqué sinon l'entraînement 40 de particules fines de faible densité puisque l'effet de succion produit par 70 00396 4 2085182 le procédé faisant l'objet de l'invention n'a plus la même intensité que les effets de succion produits par les appareils antérieurs, du moins un ralentissement de la séparation. On améliore ainsi spécialement dans le cas de mélange de particules de granulométries variées la vitesse de séparation des 5 matériaux traités tout en conservant la pureté des matériaux sélectionnés. Par contre, les apports de liquide, destinés à combattre la succion produite dans les appareils antérieurs utilisant un procédé consistant à pousser et à aspirer une masse d'eau par effet direct d'un piston ou d'un diaphragme à travers la couche de produits à fluidiser, entraînaient une perturbation du 10 milieu puisque l'apport d'eau, pour être efficace, devait s'opposer au courant descendant produit par le retrait du piston entraînant ainsi le rejet de particules légères par débordement du lit. L'application du procédé à effet différentiel de l'invention ne conduit au contraire qu'à ralentir très légèrement l'effet de poussée du liquide au cours de la descente du panier et à 15 éviter un début de succion lors de la poussée de l'eau par le piston et de la remontée du panier par la mise en communication du bac avec un réservoir de liquide ouvert. On évite de la sorte toutes les perturbations qui étaient dues au contre courant plus ou moins intense créé dans les systèmes de compensation antérieurs. 20 Un autre objet de l'invention est un appareil de mise en oeuvre du procédé faisant l'objet principal de l'invention, caractérisé en ce qu'il comporte un bac possédant une ouverture supérieure de section plus grande que celle de l'ouverture inférieure, une partie mobile et raccordée suivant un axe rigoureusement vertical, d'une façon étanche et élastique à ladite 25 ouverture inférieure, un dispositif d'entraînement alternatif de ladite partie mobile, un panier-support des particules solides à mettre en fluidisation, ledit panier ayant un fond horizontal, perméable au passage du liquide remplissant ledit bac ainsi qu'aux particules denses séparées au cours de l'opération, un moyen de fixation élastique et étanche raccordant ledit panier 30 à la périphérie de ladite ouverture supérieure dudit bac, des moyens internes rendant la partie mobile solidaire dudit panier, ledit bac étant entouré d'un réservoir dont le liquide recouvre ledit panier. On réalise de la sorte un appareil très simple dans lequel le volume du liquide passant au travers de la surface du fond du panier au cours de son 35 mouvement de montée ou de descente est supérieur à celui déplacé par la partie mobile. Un autre objet de l'invention est un appareil de ce type comportant en outre un système de parois brise-lames plongé dans la zone supérieure du fluide, un entonnoir de chargement dans l'axe du bac, au moins un orifice 40 d'accès sur la paroi du bac à un niveau compris entre la partie mobile et le 70 00396 5 2085182 panier, ledit orifice étant raccordé par un conduit souple et déformable à un réservoir équipé d'une arrivée de liquide et d'un clapet régulant le passage du liquide contenu dans le bac vers ledit réservoir. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de 5 la description suivante faite en référence au dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un appareil utilisant le procédé de séparation densimétrique par mouvement de pistonnage en opposition de sens avec celui du fluide traversant le lit. Sur le dessin : 10 La figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un appareil objet de l'invention, la figure 2 est une vue en plan de la figure 1, et la figure 3 un schéma destiné à montrer les différences de volumes engendrées par les déplacements des parties mobiles d'une variante de 15 l'appareil de la figure 1. On voit sur la figure 1, un châssis 1 sur lequel est fixé, de façon rigide, le corps circulaire 2 du bac à pistonnage. Un bac circulaire à fond incliné 3 est fixé au châssis 1 et au bac 2. Il porte un organe de vidange à sa partie inférieure 4 pouvant être munie d'un dispositif automatique 20 d'ouverture - fermeture 22 et un déversoir 20 à sa partie supérieure. La partie inférieure du bac 2 est équipée d'une partie mobile 5 jouant le rôle de piston ou de diaphragme. Elle est reliée au bac 2 par un dispositif élastique et souple 6 et comporte à son point le plus bas un conduit 21 de vidange des concentrés constitués par les particules denses' ayant traversé le 25 panier. Un panier 7 est relié à la partie supérieure du bac 2 par un autre dispositif élastique et souple 8. Dans l'exemple exposé, ie panier 7 est de forme cylindrique. Il est équipé d'un fond perforé 9. Ce fond perforé, support du lit, peut être constitué d'un élément d'une seule matière tel que toile 30 métallique, tôle perforée, grille à barreaux, fonds poreux en matière métallique ou plastique, souple ou rigide, etc... Il peut également être réalisé par une combinaison quelconque de certains de ces éléments entre eux. Le lit filtrant destiné à permettre le passage préférentiel des lourds est figuré en 11, et le produit en cours de traitement en 12. 35 Le panier 7 est relié, par l'intermédiaire de son support 9, au piston 5 à 1'aide des entretoises 10. Un dispositif brise-lames 13 est fixé au bac 3 par un support rigide 14 maintenant l'entonnoir de chargement 15. - La partie mobile 5 du bac 2 est guidée verticalement par le dispositif 40 composé de tiges 16 munies de galets 29 circulant sur des chemins verticaux 70 00396 6 . 2085102 du châssis 1« Elle est entraînée dans un mouvement alternatif par le levier 17 articulé en 30 sur le châssis 1. Une came 18, à profil spécialement étudié pour présenter une brusque variation de profil en vue de provoquer à chaque cycle 5 le déplacement brusque du panier, est mise en rotation par un groupe moteur 19 et attaque le levier 17 par un galet 31 monté sur un support 32 susceptible d'être déplacé éventuellement le long du levier 17. Le groupe moteur 19 comporte de préférence un variateur de vitesse de façon à fournir la cadence désirée du mouvement de la partie mobile. 10 Un dispositif modérateur auxiliaire, figuré par le réservoir 23, peut être raccordé au bac 2 par l'intermédiaire d'un manchon souple expansible 28. Le réservoir 23 contient une enceinte 24 comportant un panier 25 et un couvercle 26 muni d'un orifice 26a. Un flotteur 27 se meut dans le panier 25. On retrouve dans la vue en plan de la figure 2 le bac 3, le brise-15 lames 13, l'entonnoir 15 ainsi que leurs supports 14 les rattachant au bac 3. On voit de même le dispositif modérateur 23, le couvercle 26 de l'enceinte 24, le clapet 27 et le manchon de raccordement souple 28. La figure fait apparaître l'ensemble du dispositif d'entraînement composé du moteur 19a, du variateur de vitesse 19b et du réducteur 19c commandant la came 18 actionnant le levier 17. 20 Afin de mettre en évidence les volumes de liquide V et v déplacés respectivement par le mouvement du panier 7 et de la partie mobile 5 jouant le rôle de piston, on n'a représenté figure 3 que l'ensemble mobile formé du panier 7 et du piston 5 commandé par le levier 17. On peut voir sur le dessin qu'en raison de l'amplitude H du mouvement, le volume V engendré par le dépla-25 cernent du panier 7 est supérieur au volume v engendré par le déplacement du piston 5. Il en résulte que lors de la descente du piston 5, le panier 7 est soumis à une pulsion du fluide vers le haut, le volume du fluide traversant le fond perméable du panier 7 étant égal à V - v. L'appareil représenté figure 3 peut être utilisé sans le dispositif 30 modérateur 23 de la figure 1. On voit que contrairement aux dispositifs antérieurs, la montée du piston ne produit pas une pulsion de liquide vers le haut à travers le panier 7 mais une succion relativement lente en raison de la forme donnée à la came 18. Au cours de cette période, aucune perturbation du lit ne se produit, les matériaux denses se rassemblant au bas du lit en passant 35 à travers le fond perméable. Au cours du renversement du mouvement, le panier 7 et le piston 5 sont ramenés brusquement à leur position primitive pour y rester un laps de temps au cours duquel se produit me libre sédimentation des particules. Afin d'accroître le rendement et la vitesse de séparation lorsque le 40 matériau à traiter contient des particules de granulométries variées, on 70 00396 7 20951ï? utilise le dispositif modérateur représenté figures 1 et 2 auxquelles on se reportera. Lors de la remontée du panier 7 et de la partie mobile 5, le début de succion engendré par ces déplacements est immédiatement atténué par l'apport 5 de liquide contenu dans le réservoir 23 et dans la canalisation de raccordement au bac 2. La membrane 28 se déforme, répondant immédiatement à l'appel de liquide à l'intérieur du bac 2. Ce déplacement de liquide entraîne le retrait du clapet 27, lequel quitte son siège 26a faisant ainsi communiquer le réservoir 23 avec le bac 2. 10 Inversement, lors de la pulsion, c'est-à-dire lors de la descente brusque du panier, une partie de l'impulsion est absorbée par le gonflement de la manchette extensible 28 donnant ainsi une plus grande souplesse mécanique à l'appareil et une meilleure mise en fluidisation puisqu'aucune perturbation désordonnée du lit ne peut se produire. 15 Le dispositif 23 peut être réglé en hauteur afin de fournir la quanti té de liquide appropriée au bac 2. Lorsque le clapet 27 est utilisé, on compense la perte de liquide par une alimentation directe représentée schéma-tiquement en 33. On élimine tout effet d'ondes parasites par l'utilisation d'un brise-20 lame 13 dont les parois sont plongées dans la zone supérieure du liquide. A titre d'exemple, le brise-lame peut être constitué par des parois se trouvant dans le prolongement des parois du panier 7. On favorise ainsi la libre sédimentation des fines particules mises en suspension dans le fluide. L'acheminement des produits à traiter s'effectue à 1'ai de d'un 25 entonnoir central 15 permettant le dépôt des matériaux à traiter au centre et au-dessus du lit 12, c'est-à-dire au centre de la couche superficielle 12. Les mouvements du fluide ainsi que ceux du panier 7 provoquent le déplacement radial des particules qui, pendant ce trajet, subissent l'effet de classement densimétrique. En fin de trajet, les produits légers débordent à la 30 périphérie du panier 7 et tombent dans le bac de récupération 3 d'où ils s'écoulent sur le fond en pente de ce réservoir pour être ensuite évacués en 4 soit en continu, soit périodiquement par une vanne 22. Selon une variante, on peut utiliser le dispositif modérateur sans clapet, l'effet de pulsion étant alors amorti et diminué tout comme l'effet de 35 succion. Le fluide contenu dans le bac 2 est donc en communication permanente avec le bac 23 du dispositif modérateur. Il y a donc une tendance constante à l'établissement d'un niveau constant entre la nappe d'eau du bac 3 et celle du réservoir 23. L'expérience montre que ce mode d'utilisation sans clapet est particu-40 lièrement bien adapté au traitement de particules extra-fines inférieures au 70 00396 8 2085182 dixième de rat» Dans le cas de grosses particules dont la dimension est par exemple supérieure à 1 m, l'appareil sans dispositif modérateur fournit une séparation à haut rendement. 70 00396 9 2085132 REVENDICATIONS 1#) Procédé de séparation gravimétrique de matériaux granuleux ou pulvérulents, sous forme de particules grossières ou sous forme de fines et inférieures à un dixième de millimètre ou encore sous forme d'un mélange 5 quelconque de particules fines et grossières, selon lequel on déverse le mélange auquel peuvent être ajoutées des particules récupérables et recyclables de granulométrie supérieure à celle des produits à traiter en vue de réaliser une plage étendue de granulométrie dans un panier à fond perméable fixé sur un support élastique relié aux parois d'un bac rempli d'un fluide 10 liquide et l'on fait subir audit panier un mouvement alternatif vertical en synchronisme avec le mouvement alternatif des moyens conventionnels de mise en mouvement alternatif du liquide contenu dans ledit bac. 2®) Procédé de séparation gravimétrique de matériaux tel que revendiqué en 1 selon lequel le volume du liquide passant à travers le fond dudit 15 panier lors de son mouvement alternatif en synchronisme avec le mouvement alternatif de la membrane ou du piston d'entraînement du liquide est supérieur au volume de l'eau déplacée par ledit diaphragme ou piston, tandis que les mouvements du panier et du piston ont même amplitude, en vue de produire un effet différentiel dû à l'inégalité des sections des bases du bac, la base 20 supérieure ayant une section plus grande que la base inférieure. 3°) Procédé de séparation gravimétrique de matériaux tel que revendiqué en 1 selon lequel le mouvement du panier est brusquement accéléré au début de sa descente tandis que le flot du liquide au-dessus des matériaux contenus dans le panier est régularisé par un système de parois verticales fixes jouant 25 un rôle de brise-lames. 4°) Procédé de séparation gravimétrique de matériaux tel que revendiqué en 1 selon lequel on conjugue le mouvement de montée et de descente du panier avec la mise en communication du bac avec un ou plusieurs réservoirs auxiliaires. 30 5#) Procédé de séparation gravimétrique de matériaux tel que revendi qué en 4 selon lequel on conjugue le mouvement de montée du panier avec la mise en communication du bac, à un niveau situé entre le panier et le piston, avec un ou plusieurs réservoirs de liquide ouverts et en conjuguant le mouvement de descente du panier à la coupure de ladite communication accompa-35 gnée d'un léger retrait progressif et momentané de l'eau au-dessous du panier. 6*) Appareil pour la mise en oeuvre du procédé revendiqué en 1 caractérisé en ce qu'il comporte un premier bac possédant une ouverture supérieure de section plus grande que celle de l'ouverture inférieure, une partie mobile, d'axe rigoureusement vertical et raccordée d'une façon étanche et 40 élastique à ladite ouverture inférieure, un dispositif d'entraînement 70 00396 2085102 alternatif de ladite partie mobile, un panier-support des particules solides à mettre en fluidisation, ledit panier ayant un fond horizontal perméable au liquide remplissant ledit bac ainsi qu'aux particules denses séparées au cours de 1*opération, un moyen de fixation élastique et étanche raccordant 5 ledit panier à la périphérie de ladite ouverture supérieure dudit bac, des moyens internes rendant la partie mobile solidaire dudit panier, ledit bac étant entouré d'un réservoir dont le liquide recouvre ledit panier. 7#) Appareil tel que revendiqué en 6 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de parois brise-lames plongé dans la zone supérieure du 10 fluide, un entonnoir de chargement dans l'axe du bac, au moins un orifice d'accès sur la paroi du bac à un niveau compris entre la partie mobile et le panier, ledit orifice étant raccordé par un conduit souple et déformable à un réservoir équipé d'une arrivée de liquide et d'un clapet régulant le passage du liquide contenu dans le bac vers ledit réservoir. 15 8*) Appareil tel que revendiqué en 6 ou 7, caractérisé en outre en ce qu'il comporte uxt bâti, des tiges de guidage solidaires de la partie mobile et munies de galets roulant sur des chemins dudit bâti ainsi qu'un dispositif d* entraînement du mouvement alternatif de la partie mobile composé essentiellement d'une came présentant une brusque variation de profil en vue de provoquer 20 une amorce de descente brusque du panier, d'un levier articulé sur le bâti, ledit levier comportant une pièce coulissante portant un galet coopérant avec ladite came et d'un groupe moteur comprenant un variateur de vitesse entraînant ladite came. 9*) Appareil tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendica-25 tions 6, 7 et 8 dans lequel la partie mobile est fixée au panier par des tirants et comporte à sa partie inférieure, comme le réservoir entourant ledit bac, lin orifice d'évacuation des particules denses ayant traversé le panier, le réservoir possédant en outre un fond incliné débouchant vers un orifice contrôlé par une vanne tandis que les moyens de commande du mouvement de la 30 partie mobile comportent une came agissant sur un levier relié à ladite partie mobile dont le contour possède une variation unique et brusque de courbure pour provoquer un amorçage rapide de la descente du panier.