Brevet FR2098417A1 — publié le 19720310

i 2098417 L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de séparation de particules solides de diverses formes. Elle est appliquée, en particulier, pour séparer les whiskers des aglomé-rats du même matériau qui les accompagnent et qui se présentent 5 souvent sous la forme de cheveux extrêmement fins et fortement feutrés. Les techniques de séparation habituelles telles que le tamisage, la centrifugation et la sédimentation se sont toutes révélées inadaptées à la séparation d'un mélange du genre en 10 question. Le tamisage de ces fins bâtonnets provoque facilement leur feutrage et, suivant l'ouverture des mailles du tamis utili sé, ce dernier peut être traversé par de petites pelotes.. La sédimentation, par exemple dans l'eau, ne permet pas non plus de réaliser la séparation, car les agglomérats et les whiskers se 15 comportent, au cours de ce processus, sensiblement de la même manière. De plus, ce processus provoque facilement une agglomération supplémentaire perturbatrice. De même, une séparation basée sur la pesanteur ne permet pratiquement pas d'aboutir en raison de la forme des particules, 20 peu favorable pour ce genre de traitement, et de leurs poids spécifiques semblables. Du reste, cette technique très coûteuse ne saurait être retenue en raison de la forte dilution qu'elle exige. Il s'est révélé, enfin, que les hydrocyclones ne permettent 25 pas de réaliser un effet de séparation suffisant. L'invention a pour but surtout de fournir un procédé simple et efficace ainsi qu'un dispositif simple, propres à permettre de séparer les unes des autres des particules de diverses formes Pour ce faire, conformément à l'invention, les particules 30 à séparer sont mises en suspension dans un liquide,à la vitesse d'écoulement duquel on communique, en évitant des turbulences, un profil que l'on obtient en conférant à la suspension, qui est mise en oeuvre sous forme d'une couche mince de 2 à 20 mm d'épaisseur, un mouvement de rotation obtenu à l'aide de deux 35 disques délimitant la couche mince supérieurement et inférieure ment et animés de vitesses de rotation différentes, la fraction des particules qui entrent, du fait de leur forme différente de celle des autres particules, plus intensivement en action réciproque avec les disques en se séparant ainsi de la suspension, 40 étant retirée à l'endroit même de ladite séparation. 71 25699 2 2098417 Les particules qui, du fait de leur forme, subissent une plus grande action réciproque avec les surfaces de délimitation, c'est-à-dire avec les disques, se déplacent, au sein du liquide en rotation, d'une façon plus accentuée en direction du centre b des disques en rotation et, par conséquent, en direction de la diminution du profil d'écoulement où elles se séparent finalement de la suspension. Pour obtenir la différence de rotation des deux disques, il suffit de les faire tourner à des vitesses différentes. Il "ÎO est également possible d'utiliser des sens de rotation différents. De préférence, pour simplifier l'appareillage, l'un des disques, en^général celui qui comporte les orifices d'entrée et de sortie, est immobile, le second seulement étant mis en rotation. 15 La vitesse de rotation relative des disques dépend: - de leur diamètre , de la nature, de la composition, de la différence structurale, de la dimension et du poids spécifique des particules à séparer, 20 - de la viscosité du liquide. Dans le cas de la purification de whiskers, l'appareil est entraîné de manière telle que, avec l'eau comme solvant, le produit du diamètre des disques par la différence de leurs fréquences présente une valeur constante entre 300 et 350 cm/minute, 2 5 en particulier entre 320 et 330 cm/minute. On fait en sorte que l'épaisseur de la couche de liquide comprise entre les disques et, par conséquent la distance des disques soit constante sur toute l'étendue de la surface et qu'elle soit comprise, dans le cas de l'eau, avantageusement entre 4 et 6 30 fflm, en particulier égale à 5 mm. Lorsqu'un seul des disques tourne, il est avantageux, pour les conditions d'écoulement, de lui faire comporter, au centre, un orifice qui présente une forme se rétrécissant lentement (voir fig. 2). Il est recommandé de veiller à ce que les différentes par- OC ticules puissent se mouvoir librement dans la suspension. Dans le cas de la séparation de whiskers, on utilisera par conséquent avantageusement des suspensions dans lesquelles la teneur en matière solide est comprise entre 5 et 100 mg, de préférence entre 20 et 50 mg, par litre de suspension. 71 25699 3 2098417 Lorsqu'on utilise un dispositif de désagrégation très efficace, par exemple celui représenté aux fig. 4a et 4b, décrites plus loin,pour diluer et homogénéiser des suspensions plus concentrées, on peut considérablement augmenter les possibilités 5 de l'installation, le produit du diamètre des disques par la différence de leurs vitesses étant alors une constante comprise entre 300 et 1000 cm/minute, en particulier entre 500 et 900 cm/minute. La teneur en matière solide par litre de suspension peut alors atteindre des valeurs de 50 à 1000 mg, de préférence 10 de 200 à 500 mg. Pour la préparation de la suspension, on peut utiliser tout liquide, du moment qu'il est adapté à la nature des particules à séparer ; ainsi on peut avoir recours, par exemple, à l'eau, l'acétone, des alcools et des hydrocarbures ; de préférence, 15 on utilise l'eau et/ou l'acétone. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, on travaille en continu en amenant la suspension brute par une ouverture d'entrée située au fond du séparateur entre la périphérie et le centre du disque, par exemple à 20 mi-rayon. Le débit total du liquide traversant l'appareil est une fonction linéaire de la surface des disques ; pour l'eau il se situe, d'après l'expérience, entre 200 et 600 litres, de préférence entre 400 et 450 litres, de suspension brute par heure 25 et par mètre carré de surface de disque. Les particules éliminées de la suspension sont retirées du séparateur à l'endroit de la vitesse la plus faible. Comme indiqué ci-dessous, cet endroit est réalisé avantageusement sous la forme d'un orifice circulaire central situé dans le fond du 30 séparateur constitué par l'un des disques et est situé en dessous du centre du disque tournant. Le diamètre de l'orifice d'évacuation est égal, avantageusement, à 10-20 %, de préférence à environ 15% de celui du disque. L'orifice d'évacuation débouche dans une chambre de sédi-35 mentation. Les particules déposées dans la chambre de sédimentation sont retirées de cette dernière, par exemple grâce à une tubulure de sortie prévue sur la chambre de sédiisenfcation. Les particules restant en suspension sont retirées sous forme de suspension, avantageusement à la périphérie, par un 40 tube d'écoulement en forme de trop-plein disposé tançentiellement 71 25699 4 2098417 à la périphérie du séparateur. Ces particules, dont la forme est différente de celles qui sont évacuées dans la région de la vitesse la plus faible, peuvent être séparées du liquide par fil-tration. 5 La différence des vitesses de rotation a pour effet d'en traîner le liquide. Celui-ci présente une vitesse d'écoulement fortement profilée aussi bien entre les disques que, en particulier, entre le bord et le centre des disques. L'effet de séparation repose alors que le fait qu'une partie des particules 10 présente une action réciproque par rapport aux surfaces de délimitation nettement plus grande que l'autre. Sous l'effet de cette interaction, les particules de la première catégorie tendent à parcourir un chemin aussi court que possible, c'est-à-dire à se déplacer de plus en plus en direction du centre du 15 disque à proximité duquel elles peuvent être soutirées. La suspension destinée à la séparation des particules est prélevée avantageusement dans un réservoir d'approvisionnement. Le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre en discontinu ou en continu. On appliquera de préférence le mo-20 de opératoire en continu. Il est également possible de monter plusieurs dispositifs de séparation en parallèle. Le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux pour séparer" des whikers d'agglomérats du même matériau et se présentant par exemple sous forme sphérique. Les agglomé-25 rats consistent dans ce cas en petites pelotes sphériques de die -veux extrêmement fins et intimement feutrés constitués du même matériau que les whiskers. La mise en oeuvre de l'invention ne se limite toutefois pas àla séparation de whiskers et d'agglomérats. Elle s'applique au contraire à tous les cas où des par-30 ticules, de formes suffisamment différentes pour subir l'effet de séparation décrit ci-dessus, se présentent sous la forme de suspension homogène dans un liquide. Pour la mise en oeuvre du susdit procédé, on peut avoir recours à un dispositif séparateur constitué par un récipient 35 cylindrique plat dans le fond duquel est ménagé un orifice d'évacuation central. L'orifice d'évacuation,ménagé dans le fond du récipient qui constitue l'un des disques, débouche dans une chambre de sédimentation. L'orifice ou les orifices d'amenée sont disposés entre l'orifice d'évacuation central et le trop-40 plein périphérique, par exemple à peu près à mi-rayon du disque. 71 25699 5 2098417 Il est cependant possible, selon la nature du mélange à séparer, de les disposer plus près du centre ou à proximité du bord du disque. Leur forme peut être circulaire ou allongée ovale, le grand axe ayant alors obligatoirement une position tangentielle. Lors-5 qu'on a prévu, par exemple dans une unité de séparation de dimensions relativement grandes, plusieurs orifices d'amenée, il convient de les disposer à la même distance du centre du disque. L'évacuation de la suspension restante s'effectue par au moins un conduit réalisé en forme de trop-plein et disposé tan-10 gentiellement à la périphérie du récipient. Afin d'assurer en tous les points une distance égale entre les disques, par exemple entre le disque tournant et le fond du récipient, on établit le disque tournant par exemple sous la forme d'un corps flottant, mobile suivant la direction verticale,entraîné par un 15 moteur au moyen d'une articulation à rotule. Il est souhaitable que le disque tournant s'étende uniformément jusqu'à proximité du bord du récipient séparateur. Un mode de réalisation préférentiel consiste à faire passer la suspension destinée à la séparation des particules depuis le 20 récipient d'approvisionnement jusque dans le récipient séparateur au moyen d'une pompe volumétrique fonctionnant par écrasement d'un tube élastique et à nombre de tours exactement réglable. Il est également possible de transférer le contenu du réci-25 pient d'approvisionnement vers le récipient de séparation en créant dans le récipient d'approvisionnement une surpression réglable avec précision. L'écoulement central qui traverse la chambre de sédimentation peut être également commandé par une pompe du même type, 30 cette fois-ci à faille vitesse. Il est également possible de prévoir une commande par électrovanne avec relais temporisateur dans le conduit d'évacuation, 1'électro-vanne devant alors être montée en série avec une bobine de réactance disposée en avant. Dans ce cas, la section 35 du conduit devrait être dans un cas donné ou entièrement ouverte ou entièrement fermée. Une autre possibilité consiste à faire déboucher le conduit d'écoulement central dans un récipient hermétiquement fermé. En remplissant ce récipient, le liquide doit chasser l'air qui y 40 est enfermé. Au moyen d'un robinet, on peut régler la quantité 71 25699 6 2098417 d'air qui s'échappe et, par conséquent, aussi la quantité de suspension qui s'écoule par l'orifice d'évacuation central. Ces différentes dispositions permettent d'établir le système parcouru par les fluides sans aucun des robinet qui sont sou-5 vent le siège d'obstructions. On dirige la suspension des whiskers purifiés qui quitte l'unité de séparation par le trop-plein périphérique, avantageusement sur line unité de filtration où l'on isole les whiskers « Pour pouvoir dimensionner le réservoir d'approvisionnement de la 10 façon la plus petite possible ou pour augmenter la durée de fonctionnement possible de l'unité de séparation, il est recommandé d'utiliser une suspension aussi concentrée que possible et de la diriger, au moyen d'une pompe volume trique du type sus-iiidi-qué, dans un dispositif de désagrégation où elle subit, avant de 15 parvenir dans l'unité de séparation, une dilution correspondante. Le rôle du dispositif de désagrégation consiste en particulier à diviser aussi parfaitement que possible les agglomérats constitués par les whiskers et à séparer ces derniers des petites pelotes. Il est ainsi possible d'alimenter l'unité de séparation 20 avec une suspension très homogène. Il convient de signaler encore tout spécialement que les valeurs numériques indiquées dans la présente description ne sont valables que pour des suspensions très bien dispersées. Si la dispersion n*est pas suffisante, la capacité de l'installation diminue considérablement. 25 L'invention est décrite plus en détail ci-après en référen ce à vui exemple de mode de réalisation illustré par les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation comportant une seule unité de séparation, 30 - la figure 2 montre en coupe à plus grande échelle et avec plus de détails le récipient de séparation de l'unité de séparation de la figure 1 , - la figure 3 est une vue en plan du récipient de séparation de la figure 2, et 35 - les figures 4a et 4b représentent respectivement en cou pe schématique axiale et en coupe schématique suivant IVb-IVb fig. 4a le dispositif de désagrégation de l'unité de séparation de la fig. 1 . L'installation comprend un réservoir d'approvisionnement 1 40 qui contient le produit à séparer sous forme d'une suspension 71 25699 7 2098417 dans un liquide- Ce réservoir contient la plupart du temps un moyen d'agitation empêchant la sédimentation des particules. Au moyen d'une pompe volumétrique 2 du type à écrasement de tube, dont le nombre de tours peut être exactement réglé, la suspension est introduite- à travers un orifice d'entrée 4 dans le dispositif de séparation. Il est avantageux de prévoir entre le réservoir d'approvisionnement et le dispositif de séparation un dispositif de désagrégation 15 pour la dilution . Grâce à cet appareil, il est possible de conserver dans le réservoir 1 la suspension sous une forme très concentrée et de la diluer avant le processus de séparation jusqu'à la concentration désirée ; par ailleurs, le dispositif 15 a pour effet de diviser les agglomérats que forment les whiskers dans la suspension. Le dispositif 15 est alimenté en liquide de dilution par une conduite 3 qui est munie d'un robinet et d'un débitmètre. Les particules éliminées parviennent par un orifice central 5 dans une chambre de sédimentation 6 et par un conduit d'évacuation 7, dans lequel est incorporé une pompe volumétrique 16, du type de la pompe 2 qui règle le débit de l'écoulement, sur un filtre 8. La suspension contenant les whiskers quitte l'installation de séparation en direction d'un filtre 8a par un conduit de sortie tangentiel 10 qui est établi sous la forme d'un trop-plein 14, comme montré fig. 3. Le disque tournant 11 qui comporte en son centre une ouverture et qui est monté par exemple de façon à flotter sur le liquide, est mis en rotation au moyen d'un moteur, par l'intermédiaire d'un arbre muni d'une articulation sphérique 12, comme visible fig. 2. Ce disque présente un diamètre suffisant pour approcher le bord du récipient séparateur 13. Les mêmes références sont relatives, dans toutes les figures, aux mêmes parties de l'installation. Aux figures 4a et 4b, on a représenté avec plus de détails le dispositif de désagrégation 15 de l'unité de séparation de la fig. 1. Ce dispositif, comporte des ou vertures d'arrivée 17 et 18 pour les liquides entrant en jeu, à savoir l'eau et la suspension des whiskers à diluer. Il comporte également un rotor 19 porté par un palier 20 directement refroidi par l'eau qui traverse le dispositif. Les dimensions du diamètre du rotor sont par exemple de 75 mm et de 50 mm (longueur de chant). Il tourne à une vitesse de 1500 tours/minute et coopère avec des chicanes 21 disposées comme visible 71 25699 s 2098417 fig. 4a et 4b. La suspension diluée et très bien dispersée de whiskers est évacuée du dispositif 15 par vin orifice de sortie 22. Ceci étant on donne quelques exemples illustrant des modes 5 de réalisation du procédé selon l'invention. EXEMPLE 1 .- Une quantité de 300 mg de whiskers est mise en suspension dans 200 ml de glycol et on dilue avec de l'eau jusqu'à un volume de 10 litres. On introduit cette suspension à une vitesse de 10 0,3 1/min dans une installation de séparation à disques dont les disques présentent un diamètre de 30 cm. Les disques sont distants l'un de l'autre de 5 mm et la vitesse de rotation est de 12 tours/minute. On obtient ainsi 260 mg de whiskers exempts de pelotes. Les pelotes et les agglomérats éliminés pèsent 30 mg. 15 EXEMPLE 2 .- A l'aide d'un batteur de cuisine modifié, tournant à grande vitesse, on disperse 2 g de whiskers bruts dans 500 ml de glycol et on dilue la dispersion dans le réservoir d'approvisionnement avec du glycol jusqu'au volume d'un litre. A l'aide d'une pompe 20 volumétrique à écrasement de tube, réglable avec précision, on fait passer la suspension à la vitesse de 3,6 litres/heure dans un désagrégateur en fonctionnement, qui est rempli d'eau. Par la seconde entrée du désagrégateur située à l'opposé de la première, on introduit de plus de l'eau fraîche avec un débit de 25 30 litres/heure. Après avoir parcouru le désintégrateur, la dispersion très homogène parvient directement par l'entrée 4 dans l'installation de séparation à disques de 30 cm de diamètre. Les disques sont distants de 5 mm; la vitesse de rotation est de 30 tours/minute. Dans une expérience d'une durée d'environ 17 mi-30 nutes, la concentration dans l'unité de séparation atteint 200 à 250 mg/litre. A la périphérie, on récupère 1,2 g de matériau exempt de pelotes Les particules éliminées sous forme de pelotes par l'orifice d'évacuation central pèsent 0,8 g. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de 35 ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 71 25699 9 2098417 REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation de particules solides de formes diverses mais de poids semblables, caractérisé par le fait que les particules à séparer sont mises en suspension dans un li- 5 quide à la vitesse d'écoulement duquel on communique, en évitant des turbulences, un profil que l'on obtient en conférant à la suspension,qui est mise en oeuvre sous forme d'une couche mince de 2 à 20 mm d'épaisseur, un mouvement de rotation obtenu à l'aide de deux disques délimitant la couche mince qupé-10 rieurement et inférieurement et animés de vitesses de rotation différentes, la fraction des particules qui entrent, du fait de leur forme différente de celle des autres particules, plus intensivement en action réciproque avec les disques en se séparant ainsi de la suspension, étant retirée à l'endroit même 15 de ladite séparation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un seul des disques est mis en rotation. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme liquide, l'eau et/ 20 ou l'acétone. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on met en oeuvre la suspension aqueuse sous forme d'une couche mince d'une épaisseur de 4 à 6 mm, la distance entre le disque tournant à la surface du liquide et 25 le fond du récipient de séparation étant de 4 à 6 mm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le produit du diamètre des disques par la différence de leurs fréquences de rotation est une constante comprise entre 300 et 1000 cm/minute. 30 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le produit du diamètre des disques par la différence de leurs fréquences de rotation est une constante comprise entre 500 et 900 cm/minute. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, 35 caractérisé par le fait qu'on introduit la suspension brute par un orifice d'entrée aménagé au fond du récipient de séparation entre les orifices d'évacuation central et périphérique approximativement à mi-rayon de disque. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 40 caractérisé par le fait qu'on soutire une partie de la suspen 71 25699 10 2098417 sion par un orifice circulaire central aménagé au fond du récipient de séparation et présentant un diamètre de 10 à 20 % de celui du disque. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 5 caractérisé par le fait qu'on soutire une partie de la suspension par un conduit d'évacuation disposé tangentiellement et réalisé sous la forme d'un trop-plein. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un réci- 10 pient de séparation (13) constitué d'une partie cylindrique plate dont le fond, qui constitue le disque inférieur station-naire, comporte un orifice d'évacuation (5) qui débouche dans une chambre de sédimentation (6), un orifice d'amenée (4) au moins étant prévu entre les orifices d'évacuation périphérique 15 (10) et central (5) du récipient de séparation (13), au moins un conduit d'évacuation (10) établi sous la forme d'un trop-plein étant en outre prévu tangentiellement à la périphérie du récipient et destiné à l'évacuation de la suspension qui contient la portion des particules dont la forme, différente de cel-20 le des autres particules, en a empêché l'élimination, un disque tournant (11), mobile suivant la direction verticale, présentant un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du récipient de séparation (13), ce disque étant, par sa face supérieure, relié a un mécanisme qui l'entraîne en rotation . 25 il. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient d'approvisionnement (1) contenant la suspension à soumettre à la séparation, lequel récipient transfère son contenu vers le récipient de séparation (13) sous l'action d'une surpression exactement réglable. 30 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient d'approvisionnement (1) ouvert qui, pour le fonctionnement en continu de l'installation de séparation, peut être rempli par intermittence et dans le conduit d'évacuation duquel est montée une pompe volumétrique à 35 écrasement d'un tube (2) , qui permet l'alimentation de l'unité de séparation d'une façon constante par rapport au temps et indépendante du niveau de remplissage. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé par le fait qu'on intercale, entre le récipient » 40 d'approvisionnement (1) contenant la suspension à soumettre à la 71 25699 11 2098417 séparation et le récipient de séparation (13), un dispositif de désagrégation (15) pour dilution , comportant un conduit d'arrivée (3) pourvu d'un robinet et d'un débitmètre pour le liquide servant à la dilution# 5 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé par le fait que le conduit d'évacuation (7) qui prend naissance dans la chambre de sédimentation (6) débouche dans une pompe, fonctionnant par compression d'un tube élastique ( 16) qui tourne lentement et dont la fréquence de 10 rotation détermine la vitesse de l'écoulement central. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'une articulation sphérique (12) est montée entre le disque tournant (11) et le moteur de commande et que le disque (11) est réalisé sous forme d'un corps 15 flottant, ce qui permet de maintenir, dans un récipient (13) à fond horizontal, la distance entre le disque et le fond rigoureusement constante sur toute la section du récipient. 16. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et du dispositif selon l'une quelconque des reven- 20 dications 10 à 15, à la séparation d'un mélange constitué de whiskers et d'agglomérats.