Brevet FR2247288A1 — publié le 19750509

La présente invention concerne un dispositif de se ration magnétique et :L procédé de séparation de matières ayant des susceptibilItés magnetiQies différentes, ainsi qu'un dis- positif de séparation magnétique ccmrcrtant. plusieurs ensembles magnétiques. l'inventioei concerne un dispositi' de séparation ma- gnétique à plusieurs ensembles comprenant une bobine électromagné- tiQue destinée à créer un champ magnétique dans l'espace qu'elle entoure. Plusieurs ensembles magnétiques sont empiles dans 11 espace entouré par la bobine.Plusieurs dispositifs de réglage de débit sont placés entre les ensembles magnétiques, un a chaque extrémité de la pile formée par les ensembles magnétiques~ Chacun des dispositifs de commande de-débit placés entre les ensembles magnétiques comprend un réseau de distribution de la suspension qui subit la séparation magnétique vers l'ensemble magnétique adjacent, et un réseau collecteur destiné a' rassembler la suspension provenant de l'autre ensemble magnétique adjacent correspondant après séparation. le dispositif de commande de débit placé à la première extrémité de la pile des ensembles magnétiques comprend un circuit de distribution ou collec- teur, et le dispositif placé à l'autre extrémité de la pile un circuit de l'autre type. Un dispositif d'introduction est destiné à l'alimentation en suspension qui doit subir la séparation dans les circuits de distribution, et un dispositif de sortie reçoit la suspension des circuits collecteurs après séparation D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexes sur lesquels la figure I est une coupe schema-tique par un plan dia- neural d'us dispositif de séparation cylindrique a plusieurs ensembles magnétiques selon l'invention la figure 2 est une élévation schématique du dispositif de la figure 1, après suppression du châssis ferromagnétique de fermeture du circuit magnétique, des parties du dispositif étant arrachées et représentant les circuits de distribution et collec- teur dans les organes de commande de débit et les entrées et sorties reliées aux circuits la figure 3 est une coupe en plan d'un organe de réglage de débit, suivant la ligne 3-3 de la figure 2, et elle montre un réseau de distribution et un réseau collecteur ; et la figure 4 est analogue à la figure 1 et représente une partie de l'appareil, à droite de l'axe central dans une variante de l'invention. L'invention concerne un dispositif de séparation magnétique à plusieurs ensembles magnétiques, comprenant une bobine électromagnétique de forme cylindrique dans laauelle sont placés plusieurs ensembles magnétiques et des organes de réglage de débit placés entre les ensembles. Ceux-ei forment une pile et un organe supplémentaire de réglage de débit est placé à la partie supérieure de la pile et un autre à la partie inférieure. Chacun des organes intermédiaires comprend un circuit de distribution de la suspension à l'ensemble magnétiqe correspondant, la suspension subissant la séparation magnétique, et un circuit collecteur de suspension provenant de l'autre ensemble magnétique correspondant après séparation de la suspension. L'organe de réglage de débit placé à une extrémité de la pile comprend un circuit de distribution ou collecteur, et ltorgane placé à l'autre extrémité de la pile contient un circuit collecteur ou de distribution respectivement. Dans le mode de réalisation préféré, les organes de réglage de débit sont en matière ferromagnétique. Cependant, lorsque leur épaisseur dans la direction du champ est faible par rapport à l'épaisseur des ensembles magnétiques, ils peuvent être en matière à faible perméabilité, selon l'invention.Un dispositif d'entrée est relié de manière qutil introduise la suspension dans chacun des circuits de distribut ion et un dispositif de sortie est destiné à retirer la suspension de chacun des circuits collecteurs. L'ensemble magnétique comprend de façon générale une matière ferromagnétique, par exemple de la laine d'acier, des billes d'acier ou des clous en acier, enfermée dans une botte qui peut être en acier inoxydable ou en une autre matière de faible perméabilité magnétique.La bobine, les ensembles et les organes de réglage de débit peuvent castre enfermés dans un châssis ferromagnétique fermallt le circuit magnétique de manière que ce dernier soit très efficace. L'em- pilement des ensembles m gnétines les uns près des autres, formant une zone prédételmirwée à la place d'un ensemble unique de meme dimension, peut être utilisé pour la réduction du volume du châssis ferromagnétique qui entoure la bobine.Chaque couche supplémentaire utilisée dans la pile nécessaire pour une dimension particulière, réduit les diamètres des parties supérieure et inférieure du chassies, la partie cylindrique intermédiaire et la bobine électromagnétique et accroît la longueur de la bobine et de la partie cylindrique du châssis dans la direction d t écoulement de la suspension. le nombre d'ensembles utilisés pour une capacité particulière doit être rendu optimal en fonction d'un rendement maximal, et dans certains cas, une couche unique peut constituer la configuration optimale.Cependant, dans le cas des configurations dans lesquelles deux ou plusieurs seul ensembles formant une pile ont un rendement supérieur à celui d'un/ ensemble de grande dimension, le dispositif de séparation à plusieurs ensembles selon l'invention est particulièrement utile et efficace. tans des variantes, une bobine électromagnétique placée le long de tous les ensembles est remplacée par un certain nombre de bobines électromagnétiques. Par exemple, un certain nombre de bobines, égal au nombre d'ensembles, convient. Chaque bobine est associée à un ensemble et les organes de réglage de débit peuvent être placés entre les bobines et radialement audelà de cel-les-ci de manière qu'ils constituent une variante de dispositif de connexion des circuits de distribution et collecteur avec l'entrée et la sortie. les bobines électromagnétiques utilisées ne sont pas forcément de type classique : il peut s'agir de bobines supraconductrices ou même cryogéniques. Si par exemple on utilise des bobines supraconductrices, le prix de l'énergie électrique utilisée pour la création des champs magnétiques n'est plus un facteur primordial, et le rendement accru assuré par le châssis de fermeture peut etre peu important. Be chassie peut cependant être utilisé car il améliore la répartition du champ magnétique, notamment dans le cas d'ensembles ayant un rapport diamètre/ hauteur élevé.Cependant, dans une opération particulière de séparation, la réalisation optimale correspond à un empilement d'ensembles suffisamment étroits,clest-à-dire de diamètre suffisamment petit, pour que l'augmentation de rendement et d'uni formité du champ assurés par le chassies ne soient plus notables, le châssis pouvant entre supprimé. La figure l représente un dispositif 10 de séparation magnétique à plusieurs ensembles, comprenant un chassies ferromagnétique 12 fermant le circuit-magnétique et comprenant des sections ou pièces polaires en forme de disques, des parties supérieure et inférieure 14 et 16, et une partie intermédiaire cylindrique 18 dans laquelle est placée une bobine électromagnétique 20 de forme cylindrique. 'les sections polaires, les parties 14 et 16, sont des organes ferromagnétiques ayant une masse importante, placés près des ensembles magnétique. mes parties polaires 14 et 16, étant donné leur dimension et leur position, forment un trajet de faible reluctance pour le champ magnétique si bien que la plus grande partie de la force magnétomotrice créée par la bobine 20 est présentée par les parties polaires 14 et 16 transversalement aux ensembles, et la diminution de la force magnétomotrice dans le reste du circuit est minimale. La présence des pièces polaires, notamment des parties placées juste au-dessus et au-dessous des ensembles, favorisent la concentration du champ et son passage dans les ensembles parallèlement à la direction d'écoulement de la suspension.Une pile 22 d'ensemblesmagnétiquesest placée au centre de la bobine 20 qui l'en- toure et comprend dans le mode de réalisation représenté, quatre ensembles magnétiques 24, 26, 28 et 30 à laine d'acier, placés chacun dans une boîte en acier inoxydable 32, 34, 36 et 38 respectivement.Entre chaque paire d'ensembles sont disposés des organes de réglage de débit 40, 42 et 44 qui comprennent chacun un circuit de distribution et un circuit collecteur, nor- epré- sentés sur la figure 1 mais représentés en détail sur la figure 2. A chaque extrémité de la pile 22 sont disposés deux autres organes 46 et 48 de réglage de débit qui comprennent chaclm un seul circuit, collecteur ou de distribution, non représenté mais apparaissant en-détail sur la figure 2.La détermination du type de circuit de l'organe de commande 46, A8 dépend du sens d'écoule- ment de la suspension dans les ensembles magnétiques ; si le courant pénètre dans les ensembles par la partie inférieure et les quitte à la partie supérielre, l'organe 46 comprend un circuit distributeur et lu organe 48 un circuit collecteur. Si la suspension passe dans l'autre sens, la disposition est inversée comte représenté sur la figure 2.Un dispositif d'entrée et un dispositif de sortie destinés à l'introduction et à l'extraction de la suspension dans les circuits de distribution et collecteur ne sont pas représentés sur la figure 1 mais apparaissent sur la figure 2. te champ 50 créé par la bobine 20 est disposé verticalement dans la pile 22, parallèlement à la direction d'écoulement de la suspension dans les ensembles. Be châssis 12 qui est utile car il améliore l'utilisation efficace du champ 50 lorsque le diamètre de la bobine est élevé et sa longueur faible dans le sens d'écoulement de la suspension, est moins utile, si bien que le dispositif à plusieurs ensembles magnétiques de l'invention permet une configuration de petit -rayon la bobine est allongée dans la direction d'écoulement de la suspension, mais a un faible rayon. Une telle réduetion une certaine influence sur la disposition magnétique, si bien que dans certains cas, le chassies 12, notamment sa partie 8, peut avoir un intér8t négligeable, L'organe 44 représenté sur la figure 2 comprend un circuit 52 de distribution qui introduit la suspension dans l'ensemble 30. Be circuit 52 comprend plusieurs passages radio 54 partant du centre de l'organe comme des rayons d'une roue, et ils sont alimentés par une chambre centrale 56 qui est reliée par une tuyauterie 58 d'entrée. Chaque passage 54 comprend plusieurs orifices 60 qui communiquent avec le bord inférieur de l'ensemble 30, par des orifices 60' de la boîte 38.TJne étanchéité convenable entre les boltes et les organes d'étanchéité est assurée de manière qu'il n'apparaisse pas de fuite. 'l'étanchéité peut être réalisée par des cylindres entourant l'ensemble magné- tique et placés entre les organes de réglage de débit. Dans tous les cas, un dispositif convenable d'étanchéité est placé dans la pile 22 de manière qu'elle ne présente pas de fuite, mais il a été supprimé car les techniques d'étanchélté sont connues et leur description ne facilite pas la compréhension de l'invention.De manière analogue, l'organe 42 comprend un circuit 61 de distribution qui a des orifices 62 placés sur des passages radio 64 alimentés par le canal annulaire 66 qui est lui-meme alimenté en suspension par une tuyauterie 68 d'entrée l'organe 40 comprend un circuit 69 de distribution ayant des orifices 70 dans des passages radio 72 alimentés par un canal annulaire 74 lui-meme alimenté en suspens ion par une tuyauterie 76 d'entrée.Comme l'écoulement de la suspension dans les ensembles de la pile 22 a été supposé vertical, de la partie in férieure à la partie supérieure, l'organe 46 ne comprend qu'un circuit 78 de distribution dont les orifices 80, des passages radio 82, sont alimentés par un canal annulaire 84 lui-meme alimenté en suspension par une tuyauterie 86 d'entrée. 'les tuyauteries 58, 68 et 76 d'entrée sont logées dans un trou 88 de l'organe 46 et un manchon 90 d'étanchéité de ensemble 24. 'les tuaau- teries 58 et 68 sont aussi logées dans un trou 92 de l'organe 40 et un manchon 94 d'étanchéité de l'ensemble 26. 'la tuyauterie 58 est logée dans un trou 96 de l'organe 42 et dans un manchon 98 d'étanchéité de l'ensemble 28. 'les orifices 62, 70 et 80 correspondent aux orifices 62', 70' et 80' des botes 36, 34 et 32 respectivement. Chacun des organes 40, 42 et 44 comprend aussi un circuit collecteur 100, 102, 104 ayant des orifices 106, 108, 110 reliés à des passages radio 112, 114, 116 qui évacuent dans des canaux annulaires 118, 120, 122 la suspension vers des tuyauteries 124, 126, 128 de sortie. Comme la direction d'écoulement de la suspension dans la pile 22 est verticale, de bas en haut, l'organe 48 comprend aussi un circuit collecteur 170 ayant 'des orifices 132 reliés à des passages radio 174 qui évacuent la suspension dans une chambre annulaire 136 qui la transmet à la tuyauterie 138 de sortie. 'les orifices 106, 108, 110 et 132 des organes 40, 42, 44 et 48 correspondent aux orifices 106', 108', 110' et 132' des boites 32, 7, 36 et 38 respectivement. Bien que, dans le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 2, la suspension pénètre dans les ensembles magnétiques par des tuyauteries d'entrée qui passent au centre de la pile et sont retirée par des tuyauteries de sortie reliées à la périphérie de la pile, cette disposition ne limite pas l'invention, les positions des tuyauteries d'entrée et de sortie pourant être inversées ou certaines des tuyauteries d'entrée pouvant être placées au centre alors que certaines sont placées à la périphérie, les tuyauteries de sortie ayant une disposition correspondante, toutes les tuyauteries pouvant aussi être placées au centre ou à la périphérie.Diverses autres dspositions dtintroduction et de retrait conviennent dans le cadre de l'invention. 'les tuyauteries 58, 68, 76, 86 d'entrée sont montées en parallèle et reliées à une réserve de matière brute, et les tuyauteries de sortie 124, 126, 128 et 138 sont reliées en parallèle à une canalisation de sortie ou à un autre récipient. le circuit 61 de distribution et le circuit collecteur 102 de l'organe 42 sont représentés en détail sur la figure 3. Be circuit 61 comprend huit passages 64 qui contiennent chacun six orifices 62 qui introduisent la suspension dans ensemble 28. Chaque passage 64 est disposé radialement vers l'extérieur à partir du canal 66 qui est concentrique au centre de l'organe 42 près duquel il est placé. le canal annulaire 66 reçoit la suspension de la tuyauterie 68 placée dans le trou 92. le circuit collecteur 102 comprend plusieurs passages 114 disposés radialement vers l'intérieur à partir du canal annulaire 120 qui retire la suspension par la tuyauterie 126. Chaque passage 114 comprend six orifices 108. les circuits de distribution et collecteur représentes sur les figures 2 et 3 ne correspondent qutà une configuration pour ces circuits, et de nombreuses autres dispositions ou variantes sont possibles. Par exemple, des orifices peuvent être ajoutés aux canaux annulaires 66 et 120. les canaux et passages peuvent avoir un diamètre qui diminue progressivement lorsque la distance aux tuyauteries d'entrée et de sortie augmente le diamètre du canal 66 et des passages 64 peut être réduit lorsque la distance augmente par rapport à la tuyauterie 68. De manière analogue, les passages 64 et 66 peuvent constituer un circuit collecteur et les passages 114 et le canal 120 un circuit distributeur. De plus, la disposition radiale de la figure 3 n'est pas nécessaire aux circuitscollecteui ou de distribution, car des trajets des configurations rectilignes, courbes ou complexes conviennent. Be champ magnétique 50' de la figure 4 ntest pas nécessairement formé par une seule bobine électromagnétique, comme représenté dans le mode de réalisation de la figure 1, mais peut être formé par plusieurs bobines 150, 152, 154 et 156, empiléescomme les ensembles 24, 26, 28 et 30. Avec une telle disposition, les cinq organes 40, 42, 44, 46 et 48 peuvent être disposés entre les bobines 150, 152, 154 et 156 et au-delà et peuvent etre directement reliés aux tuyauteries 158, 160, 162, 164 et 166 qui peuvent être par exemple des tuyauteries d'entrée, un second jeu de tuyauteries analogues, non représentées, formant des tuyauteries de sortie. Il est bien entendu que l'invention nta été décrite et représentée qu?à titre d'exemple préférentiel et ou' on pourra qgorEr toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sotir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées REVEDICATIONS 1. Dispositif de séparation magnétique comprenant plusieurs ensembles magnétiques, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs ensembles magnétiques séparés formant une pile, les limites entre les ensembles magnétiques séparés de la pile étant perpendiculaires à la direction d'écoulement dans les ensembles, d'une suspension destinée à subir une séparation magnétique, un ensemble à bobine électromagnétique entourant la pile d'ensembles magnétiques de manière qu'il crée un champ magnétique dans l'espace occupe par la pile d'ensembles magnétiques, plusieurs dispositifs à passage placés entre les ensembles magnétiques et à chaque extrémité de la pile, chaque passage d'écoulement placé entre les ensembles magnétiques comprenant un circuit de distribution de la suspension qui doit subir la séparation magnétique dans l'ensemble magnétique correspondant, et un circuit collecteur de la suspension de l'autre ensemble magnétique après séparation de la suspension, l'un des dispositifs à passage placé à une extrémité de la pile comprenant un circuit de distribution ou collecteur et l'autre placé à l'autre extrémité de la pile comprenant un circuit collecteur ou de distribution respectivement, une entrée de suspension qui doit subir la séparation, vers les circuits de distribution, et une sortie destinée à recevoir la suspension des circuits collecteurs, après séparation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble à bobine électromagnétique comprend plusieurs bobines, une bobine étant associée à chaque ensemble magnétique. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé en ce que les dispositifs à passai dépassent à la périphérie interne des bobines, à la périphérie externe des bobines ou sont disposées vers la périphérie interne des bobines 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs à passage sont réalisés en une matière ferromagnétique. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque circuit comprend plusieurs orifices communiquart avec ltensemble magnétique associé et des conduits destinés à relier les orifices à l'entrée ou à la sortie. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif à bobine est annulaire et les ensembles magnétiques présentent une zone circulaire pour l'écoulement de la suspension. 7. Dispositif selon la revendIcation 1, caractérisé en ce qu il comprend de plus un châssis ferromagnétique de fermeture de circuit magnétique, proche du dispositif à bobine électromagnétique et comprenant une première partie adjacente à un c8té du dispositif à bobine et disposéesur l'espace entouré par le dispositif à bobine, et une seconde partie adjacente à l'autre côté du dispositif à bobine et placée au-dessus dudit espace. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le chassis comprend de plus une troisième partie placée autour de la périphérie externe du dispositif à bobine, entre la première et la seconde partie. 9. Procédé de séparation de matières ayant des susceptibilités magnétiques différentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction d'une suspension qui doit subir la séparation dans une entrée, la circulation de la suspension dans plusieurs circuits de distribution et dans plusieurs dispositifs comportant des passages d'écoulement, la distribution de la suspension provenant de chaque circuit de distribution dans un ensemble magnétique séparé d'une pile d'ensembles, les limites entre les ensembles magnétiques dans la pile étant perpendiculaires à la direction d'écoulement dans les ensembles magnétiques, la création d'un champ magnétique dans les ensembles magnétiques empilés, à l'aide d'un dispositif à bobine électromagnétique entourant les ensembles magnétiques empilés, le rassemblement de la suspension qui a subi la séparation et qui provient de chacun des ensembles, dans plusieurs circuits collecteurs placés dans les dispositifs à passage, et l'introduction de la suspension qui a subi la séparation et qui provient des circuits collecteurs par un dispositif d'extraction de la suspension qui a subi la séparation. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif à bobine électromagnétique comprend plusieurs bobines, une bobine étant associée à chacun des ensembles magnétiques. 11. Procédé selon ltune des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le dispositif à passage dépasse de la périphérie interne ou externe des bobines, ou le dispositif à passage est dirigé vers la périphérie interne du dispositif à bobine électro magnétique. 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif à passage est en matière ferromagnétique. 13. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque circuit comprend plusieurs orifices communiquant avec l'ensemble magnétique associé et des conduits destinés à relier les orifices à l'entrée ou à la sortie. 14. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif à bobines élebtromagnétiques est annulaire et les ensembles magnétiques présentent une zone circulaire pour l'écoulement de la suspension. 15. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif utilisé comprend un chassies ferromagnétique de fermeture de circuit magnétique, proche du dispositif à bobines magnétiques et comprenant une première partie adjacente à un coté du dispositif à bobines et passant au-dessus de 11 espace entouré par le dispositif à bobines,et une seconde bobine adjacente à l'autre côté du dispositif à bobines~et placée au-dessus dudit espace. 16, Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le chassais de retour comprend de plus une troisième partie placée autour de la périphérie externe du dispositif à bobines électromagnétiques,entre les deux parties.