Brevet FR2116569A1 — publié le 19720713

La présente invention concerne un procédé et un appareil de séparation de particules d'un minerai à l'aide d'un aimant supraconducteur. On utilise des procédés métallurgiques très divers pour 5 séparer les métaux intéressants ou d'autres constituants de diverses matières. Récemment, on a cherché à utiliser des. séparateurs permanents et électromagnétiques, par exemple des séparateurs magnétiques à tambour humide, à cet effet. Le dispositif le plus largement utilisé de ce type pour la séparation humide 10 des minerais ne permet l'obtention que de champs magnétiques relativement faibles (par exemple de 1200 à 2500 gauss) et en conséquence ils ne sont utiles que pour les matières très fortement magnétiques. D'autres dispositifs, comprenant notamment des séparateurs magnétiques à sec, par exemple des séparateurs à cour-15 roie transversale et à rouleau d'induction, peuvent fournir des champs magnétiques pouvant atteindre 18 000 gauss, mais ils sont de fabrication et de fonctionnement coûteux, du fait de la faible capacité de travail. Bien qu'on ait mis au point d'autres dispositifs à champ magnétique élevé, pour une séparation hu-20 mide, on a constaté en général qu'ils ne convenaient pas industriellement pour le traitement des minei'ais peu riches, car les dispositifs n'ont pas le débit volumique élevé nécessaire pour la séparation économique des métaux intéressants contenus. En conséquence, on a eu recours à d'autres procédés de séparation, 25 notamment par flottation, pour le traitement de ces minerais relativement peu riches.' Un dispositif capable de créer un champ magnétique très élevé est nécessaire pour la séparation de nombreuses particules peu magnétiques des minerais, tels que les minerais de fer 30 dits "non magnétiques" (appelés aussi "faiblement magnétiques") et les matières faiblement paramagnétiques des matières diama-gnétiques. Ainsi, un procédé combinant l'utilisation d'un champ magnétique intense et la possibilité de traiter de très grandes quantités de minerais de façon continue est très souhaitable 35 pour l'industrie. L'invention concerne un procédé et un appareil satisfaisant à ces deux impératifs. De façon générale, l'invention concerne un procédé" et un appareil de séparation de métaux magnétiques intéressants ou de t. 71 43751 2116569 matières minérales magnétique^à partir d'un minerai, de^açon continue.Plus précisément,/procédé de l'invention, on introduit un minerai, de préférence mélangé avec un véhicule liquide ou gazeux, dans une zone délimitée, par exemple un organe creux, 5 lui-même sous l'action d'un champ magnétique produit par un aimant supraconducteur dont l'intensité et le gradient sont tels que les particules les plus magnétiques du minerai sont attirées à la périphérie de la zone délimitée, alors que les particules moins magnétiques sont pratiquement dans le centre de la zone. 10 Le réglage de l'intensité du champ et du gradient peut être réalisé sans addition d'élément placé dans la zone délimitée, comme cela est habituellement le cas lorsqu'on utilise les aimants classiques ferreux. Après le passage du minerai dans la zone délimitée sans obstacle, sur une longueur suffisante pour 15 assurer la séparation pratiquement totale des particules magnétiques voulues.dans la partie périphérique de la zone, un dispositif mécanique d'interception placé dans cette zone sépare les particules magnétiques des particules non magnétiques, avant qu'on ne les recueille séparément. Une intensité dépassant en-20 viron 15 000 gauss et souvent même 20 000 gauss est en général nécessaire pour le traitement des minerais peu riches. Cette intensité est facile à obtenir avec des aimants supraconducteurs qu'on a récemment beaucoup perfectionnés. Ces aimants présentent une croissance brutale et importante de la conduc-25 tivité électrique^lorsque leur température de travail appro-. che du zéro absolu, les températures d'utilisation étant habituellement comprises entre environ 0,5 et environ-182K et de préférence entre environ 3 et environ. 62K. On réalise des aimants supraconducteurs en enroulant un 30 îiljiu un ruban suivant une configuration inductive. Cependant, récemment, on a réalisé un tel aimant en superposant des couches contenant une matière supraconductrice, avec des couches contenant une matière non supraconductrice. Les couches supraconduc-trices comprennent chacune des particules microscopiques liées 35 de façon à être bloquées les unes par rapport aux autres, l'interface entre les particules formant une matrice continue de matière métallique ayant des propriétés supraconductrices. Un certain nombre de matières métalliques conviennent pour un tel 71 43751 3 2116569 aimant supraconducteur, notamment le niobium, l'étain, le zir-conium, l'aluminium, le vanadium et le silicium. De préférence, les parties intermédiaires qui ne sont pas supraconductrices comprennent une matière qui est normalement conductrice, par 5 exemple 'du cuivre, et un isolant électrique, par exemple de 1 ' alumine . Comme on sait fabriquer ces couches suivant diverses configurations, comme décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n^ 3 407 049 et 3 440 585, on peut fabriquer un aimant supraconducteur ayant une configuration presque quelconque. 10 Selon l'invention, on préfère une configuration cylindrique. Le véhicule utilisé selon l'invention pour transporter le minerai dans la champ magnétique est de préférence un liquide ou un gaz non réactif, par exemple de l'eau ou de l'air. D'autres gaz inertes, par exemple l'argon, l'azote, l'hélium et 15 analogues, donnent aussi satisfaction selon l'invention. Le véhicule doit essentiellement transporter le minerai de manière que celui-ci tombe par gravité et/ou par pompage dans la zone délimitée en formant un courant, de manière que le champ magnétique qui règne dans la zone puisse agir sur le minerai en sé-20 parant les particules magnétiques des autres. Les particules non magnétiques sont les particules moins magnétiques que celles qu'on veut séparer du minerai. Après une séparation notable des particules, le véhicule est mécaniquement séparé en deux parties dont l'une contient les particules magnétiques et 1'au-25 tre les particules non magnétiques. Ensuite, la partie du véhicule qui contient les particules magnétiques, recueillie de façon convenable, est traitée par un dispositif classique qui extrait les métaux et/ou les matières minérales intéressantes qu'il contient. La vitesse du véhicule contenant le minerai 30 dans la zone délimitée est variable et dépend entre autres de la dimension de la zone, du poids spécifique des particules ma- de gnétiques dans le minerai,/la dimension des particules traitees .et , . , et de l'intensité/du gradient du champ magnetique utilise. En général, on doit régler la vitesse de manière que le champ ma-35 gnétique agisse suffisamment longtemps pour séparer pratiquement toutes les particules magnétiques des particules non magnétiques dans le fluide avant qu'il ne soit séparé mécaniquement e-t recueilli séparément. Il est aussi possible de modifier l'empla- 71 43751 2116569 cernent et la dimension du dispositif mécanique de séparation en fonction du poids spécifique et de la dimension des parti- . cules magnétiques, du débit du véhicule et du gradient et de l'intensité du champ magnétique, de manière à attirer pratique-5 ment la totalité des particules magnétiques à la périphérie de la zone avant le passage du véhicule au niveau du dispositif mécanique de séparation. La dimension exacte de particule du minerai traité peut varier notablement, car elle dépend de l'intensité et du gra-10 dient particulier du champ, du débit, du véhicule e.t de la configuration de l'appareil. Bien qu'on constate qu'il est souhaitable d'utiliser une dimension de particule inférieure ou égale à 1,65 mm, il est préférable d'utiliser une plage étroite de dimensions de particule. Par exemple, on doit limiter la dimen-15 sion des particules grossières de dimension supérieure à 0,147 mm de manière que la particule la plus grosse n'ait pas une dimension supérieure à environ trois fois la dimension de la particule la plus petite. Les variations de dimension des particules fines inférieure à 0,147 mm peuvent être importantes,bien 20 qu'un rapport de l'ordre de 15 à 1 entre la dimension de la particule la plus grosse et celle de la particule la plus petite soit préférable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en 25 référence au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une élévation latérale, en coupe partielle, d'un appareil destiné à la mise en oeuvre- de l'invention ; et la figure 2 est une coupe de l'appareil de la figure 1 30 suivant la ligne 2-2. Le dessin représente un appareil 10 comprenant un aimant supi-aconducteur 12 entourant un tube 14 comportant un orifice , A6 d'entree/a sa partie supérieure par lequel pénètre le véhicule 15 contenant du minerai. Le tube 14 est fixé à une bride 18 35 elle-même fixée à une plaque 20, qui eomtirennent toutes deux des orifices concentriques et permettent une alimentation continue au cours du fonctionnement du dispositif. Un second tube 22 fixé à la plaque 20 se trouve dans l'axe du tube 14 et forme 71 43751 5 2116569 un puits continu 24 dans lequel peut passer sans obstacle le véhicule contenant le minerai magnétique, à la périphérie du tube 14. De fines ailettes radiales 36 et 38 de la plaque 20 et de fines ailettes radiales 39 et 40 de la bride 18 consti— 5 tuent le seul obstacle au passage de la matière dans le puits 24. Un petit tube cylindrique 26 est centré dans le puits 24 par un manchon 28 qui vient buter contre les ailettes 39 et 40 de la bride 18. Ce tube comporte un orifice 30 à une extrémité et un orifice 32 de sortie à l'autre extrémité, par laquelle 10 passe le véhicule contenant le minerai non magnétique, occupant la zone centrale du tube 14. Le véhicule contenant le minerai magnétique passe dans le puits 24,puis dans le tube 22 et suivant un canal incliné 34 d'où on l'évacué convenablement et le recueille à l'aide d'un dispositif non représenté. 15 La figure 2 représente la structure interne de la plaque 20, du tube 26 et du canal 34, en détail. Le manchon 28 est fixé à la plaque 20 par des ailettes 36 et 38 de support. Bien qu'on ait représenté le manchon 28 comme étant formé de deux segments semi-circulaires, un ensemble de formes pratiquement 20 quelconques donne satisfaction, pourvu qu'il ne présente pas d'obstacle excessif au passage du véhicule contenant le minerai magnétique. Lorsqu'on met en oeuvre l'invention, on pompe et/ou on fait pénétrer par gravité le minerai mélangé au véhicule, par 25 exemple à l'air ou à l'eau, par 1'orifice.16, dans le tube 14. Simultanément, on met l'aimant supraconducteur 12 sous tension par un dispositif classique (non représenté), de manière à créer un champ magnétique sur le trajet du minerai. L'intensité et le gradient du champ sont réglés en fonction des particules et de 30 leur granulométrie, du véhicule employé, du poids spécifique des particules magnétiques à séparer et du débit de fluide contenant le minerai dans la zone. Les particules 11 du véhicule 15 sont attirées à la périphérie du puits 24, vers la paroi inter-• ne du tube 14, les particules non magnétiques 13 étant insensi-35 bles au champ magnétique et restant donc pratiquement au centre du tube 14. La séparation mécanique est assurée par le tube 26 destiné à recueillir le fluide contenant les particules i>on magnétiques en permettant au fluide contenant les particules 71 43751 6 2116569 magnétiques de passer sans obstacle. Suivant la nature du minerai à traiter et l'intensité et la configuration du champ magnétique produit par l'aimant 12, on peut régler verticalement le tube 26 suivant l'axe longitudinal du puits 24 et/ou 5 on peut faire varier le diamètre de manière que la position du tube soit optimale pour recueillir le véhicule contenant le minerai au centre du puits à un moment où pratiquement la totalité des particules magnétiques a été attirée vers la périphérie du puits, entre la paroi externe du tube 26 et la paroi interne du 10 tube 14. Ainsi, l'orifice 30 du tube 26 se trouve près de la partie inférieure de l'aimant 12,de manière à recueillir le véhicule contenant les particules non magnétiques une fois qu'elles ont quitté le champ magnétique. De cette manière, on obtient facilement une séparation efficace des particules. 15 On peut rendre optimale la mise en oeuvre du procédé de l'invention en choisissant convenablement les variables du dispositif. Par exemple, on peut obtenir un meilleur déplacement des particules de minerai dans le véhicule en utilisant un véhicule de viscosité relativement faible et/ou en séparant les 20 particules de minerai suivant leurs dimensions avant de les traiter selon l'invention. Ainsi, on peut régler l'intensité et le gradient du champ magnétique de manière à l'adapter à la dimension des particules particulières de minerai traité, de manière qu'on puisse séparer les particules magnétiques des particules 25 non magnétiques ou moins magnétiques,efficacement et avec un bon rendement. On peut préparer un véhicule contenant du minerai qui convient en maintenant la concentration du minerai dans le véhicule à des valeurs raisonnablement faibles, mais non trop faibles pour réduire de façon importante le débit en mi-30 ne rai passant dans le champ magnétique, celui-ci étant de préférence supérieur à environ 25 000 gauss. Le gradient peut être accru et localisé par introduction d'une paire de Maxwell dans le dispositif , de manière à moduler le champ créé par l'aimant supraconducteur. On peut obtenir une meilleure sépa-35 ration des particules en recyclant le véhicule contenant les particules non magnétiques recueillies dans le tube 26, au moins une fois, dans le même séparateur ou dans un autre. On peut réaliser cette opération soit en ajoutant des séparateurs I t 71 43751 2116569 reliés en parallèle, soit en modifiant le séparateur d'ori-gine^de manière à ajouter un dispositif de retour permettant de ramener la matière sortant du tube 2o dans le dispositif. Il est souhaitable et parfois nécessaire de retirer les 5 particules ayant une susceptibilité magnétique élevée du minerai par un dispositif classique de séparation magnétique avant d'introduire le minerai dans le séparateur de l'invention, pour empêcher que des particules extrêmement magnétiques ne se fixent à la paroi interne du tube dans la zone de séparation. Cette 10 attraction et cette fixation de particules très magnétiques sur la paroi interne ralentit et réduit le courant de véhicule contenant le minerai dans le séparateur. Lorsqu'on traite un véhicule contenant un minerai ayant des particules de susceptibilité magnétique différant largement, il peut être souhai-15 table d'utiliser un dispositif comprenant une série de séparateurs magnétiques ayant chacun un champ d'intensité et de gradient différent, si bien que chacun attire des particules de susceptibilité magnétique différente. Le tube 14 et, dans une moindre mesure, le tube 26 doi-20 vent être en matière qui ne réduit pas l'intensité du champ magnétique dans le dispositif. De telles matières sont le laiton, le cuivre, l'aluminium et analogues. On va maintenant décrire un exemple d'application de l'invention, à titre purement illustrâtif. 25 Exemple. On place un tube de laiton de 69 cm de long et de 3,3 cm de diamètre interne à la partie centrale d'un aimant supraconducteur pratiquement cylindrique. L'aimant a 22 cm de long et 15 cm de diamètre, et il est en bobinage de niobium et d'étain. L'ai-30 mant est immergé dans son ensemble dans de l'hélium liquide (au-dessous de 4,62K) dans un vase dewar spécialement prévu. Un second tube de laiton de 6,4 cm de long et de 2,5 cm de diamètre interne est disposé dans le tube plus large juste au-dessous de la partie inférieure de l'aimant supraconducteur. On 35 broie un minerai de fer faiblement magnétique comprenant essentiellement de la goethite et du quartz, de manière que les particules passent dans un tamis à ouverture de 0,59mm ..On in 71 43751 8 2116569 troduit par gravité une suspension d'eau et du minerai broyé dans le tube de grande dimension, de manière qu'elle passe dans le champ magnétique créé par l'aimant. On règle le champ à environ 15 000 gauss pour ce minerai particulier, et on récu-5 père facilement le minerai de fer, la goetbite contenue, au cours de la mise en oeuvre du.procédé comme décrit précédemment. On réalise deux passages dans le séparateur avec les résultats suivants. La suspension contenant les particules magnétiques utilisées pour le second passage, appelée concentré , 10 est soumise à une analyse et on constate qu'elle contient 41,1?o de fer. La suspension contenant les particules non magnétiques obtenue au second passage, constituant les mixtes, contient 32,6 fo de fer, alors que la suspension contenant les particules non magnétiques,recueillie après le premier passage, appelée 15 les queues, contient 14,3 fo de fer. La récupération totale du fer dans le concentrât et dans les mixtes est de 83 fo. Avec le même minerai, mais en limitant les particules de manière que leur dimension soit comprise entre 0,295 mm et 0,59 mm , et en suivant le même mode opératoire que ci-dessus, 20 on obtient un concentré qui, à l'analyse, contient 43,8 fo de fer. Une analyse des mixtes et des queues montre que leur teneur en fer est respectivement de 28,3 et 4,7 fo. La récupération totale du fer dans le concentré et dans les mixtes, du fait de cette granulométrie plus serrée, est de 93,5 fo. Ainsi, 25 en réglant la dimension des particules, on améliore la récupération du fer. On peut aussi améliorer la qualité du concentré et le rendement en rendant optimaux l'intensité et le gradient du champ et/ou en utilisant plusieurs passages dans le séparateur. 30 On peut traiter un grand nombre de minerais selon l'in vention, du moment que le métal ou le minéral à récupérer est sensible à un champ magnétique. Des exemples de matières qu'on peut séparer d'un minerai, suivant l'invention, sont la carno* tite, la chromite, la garniérite, la goethite, l'hématite, l'il-35 ménite, la monazite, la rhodochrosite, la mangano-dolomite et la sidérite, des particules de gangue moins magnétiques qiii les entourent, ainsi que des minerais à base de bioxyde de 71 43751 9 2116569 manganèse, d'oxyde de molybdène, contenant du vanadium, de fer, de colombium et de tungstène à partir de leurs minerais respectifs, de la pyrite à partir du charbon et de carbure de chrome à partir de laitier. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 43751 2116569 REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation de particules possédant une susceptibilité magnétique, présentes dans un minerai, caractérisé en ce qu'on ajoute un minerai sous forme particulaire à 5 un véhicule, on fait passer le véhicule contenant le minerai dans une zone délimitée subissant l'action d'un champ magnétique créé par un aimant supraconducteur,de manière que les particules du minerai possédant une susceptibilité magnétique soient attirées à la périphérie de la zone, alorq/que les autres 10 particules restent pratiquement au voisinage du centre de la zone, et on sépare mécaniquement les particules magnétiques .contenues, peripheriques/dans le véhiculé des particules centrales non magnétiques contenues dans le véhicule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que le champ magnétique utilisé dépasse environ 15 000 gauss. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension des particules de minerai sous forme particulaire est inférieure à 1,65 mm. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que la dimension des particules de minerai est supérieure à 0,147 mm , le minerai ne contenant pas de particules de dimension supérieure à environ trois fois la dimension de la plus petite particule. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 qu'on choisit les particules ayant une susceptibilité magnétique et destinées à être séparées du minerai parmi le groupe formé par la carnotite, la chromite, la garniérite, la goethite, l'hématite, l'ilménite, la monazite, la rhodochrosite, la man— gano-dolomite et la sidérite, séparées des particules de gangue 30 moins magnétiques, les matières minérales à base de bioxyde de manganèse, d'oxyde de molybdène, contenant du vanadium, contenant du fer, du colombium et du tungstène, séparées de leurs minerais respectifs, la pyrite séparée du charbon et un carbure de chrome non minéral séparé d'un laitier. 35 6. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le véhicule est de l'eau, de l'air, de l'argon, de l'azote ou de l'hélium. 11 71 43751 2116569 7. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'on fait repasser au moins une fois de plus le véhicule contenant les particules non magnétiques dans ladite zone délimitée, et on sépare à nouveau mécaniquement les diverses particules. 8. Appareil de séparation de particules possédant une susceptibilité magnétique,présentes dans un minerai, caractérisé en ce qu'il comprend un premier organe creux subissant un champ magnétique créé par un dispositif magnétique supraconducteur, le long d'une partie de sa longueur, un second organe creux plus petit que le premier et placé concentriquement à lui, disposé axialement au-dessous du champ magnétique, et un dispositif destiné à diriger la matière fournie par les deux organes creux dans des directions différentes.