Brevet FR2469957A1 — publié le 19810529

On connait le procédé de séparation de produits granuleux présents dans un mélange hétérogène qui consiste à. soumettre ce mélange à des forces fluidiques agissant sélectivement sur ces produits selon leur densité. Ce procédé est essentiellement utilisé non pour obtenir un classement de tous les composants du mélange mais pour capter. la fraction la plus dense du mélange tandis que les autres parties sont évacuées. En d'autres termes, il s'agit d'obtenir une séparation ou "coupure" des composants en deux parties : une partie composée d'éléments denses que l'on recueille et une parti-e composee d'éléments moins denses, que l'on évacue. Ce procédé peut être obtenu notamment au moyen de dispositifs désignés dans la pratique par les noms de "bac à pistonnage" ou de "JIG" et connaît plusieurs variantes. Quelle que soit la variante retenue, le principe essentiel du procédé consiste à soumettre un mélange naturel ou artificiel d'éléments granuleux à des forces fluidiques mises en oeuvre au moyen de pulsions mécaniques communiquées à une masse de liquide (généralement de l'eau) dans lequel est introduit ce mélange. Les fractions les moins denses d'un mélange donne sont évacuées- par débordement à la périphérie d'une cuve tandis que la fraction la plus dense est recueillie dans le fond de la cuve et, cela, grâce à la présence d'une grille ou d'un tamis inimérgé transversal. Dans la réalité, les jigs existants ne donnent par entièrement satisfaction malgré de nombreux perfectionnements. On remarque, tout d'abord, que ce procédé est tres différent de celui du tamisage selon lequel les-produits fins tombent tandis que les produits gros sont retenus. Il faut, ici, que les produits denses (y compris "gros") tombent alors que les produits moins denses (y compris "fins) soient retenus. Pour parvenir à un resultat exploitable malgré cette dif ficulté fondamentale, on a pense, par exemple, à utiliser un lit filtrant composé de corps tels que des billes dont la densité est un peu inférieure à celle des éléments que l'on veut recueillir (qui sont les plus denses) et supérieure à la plus grande densité des éléments que l'on veut évacuer. La valeur intermédiaire de la densité de ce lit explique pourquoi, dans la pratique, on lui donne souvent le nom de "lit filtrant médium". Avec ce lit, les particules moins denses que lui sont retenues (voire repoussées) vers le haut, tandis que les particules les plus denses se frayent un passage vers le bas. Mais il faut, bien évidemment, que les billes du lit filtrant aient un diamètre légèrement supérieur aux mailles du tamis pour y être retenues au cours des opérations. Pour éviter que, malgré ces précautions, des particules peu denses passent à travers le tamis et se mélangent aux particules denses à recueillir, le demandeur a imaginé un dispositif qui est décrit dans le brevet français 1.526.921 du 10 novembre 1966. Selon ce dispositif, l'extraction est rendue possible par élimination des produits se trouvant dans la zone périphérique du tamis en vue de ne recueillir ou de ne laisser filtrer par le tamis que les produits classés par densité situés dans la zone centrale du tamis. Selon ce dispositif, on prévoit un tamis à double dimensions de passage, dont les mailles sont plus larges dans la partie centrale que dans la partie périphérique. Ainsi, aucune particule ne peut traverser la zone périphérique et seule la zone centrale peut permettre la traversée du tamis (les billes du lit filtrant ayant un diamètre voulu pour qu'elles ne puissent pas traverser les mailles centrales). Ce dispositif permet d'accroître le rendement des jigs connus car le mélange recueilli après traversée du tamis comprend essentiellement les produits denses et peu de produits de faible densité. Mais il s'agit encore d'un mélange recueuilli alors que le but recherché est une séparation si efficace que l'on ne recueillerait plus un mélange mais le seul produit le plus dense du mélange traité, quelle que soit la proportion dans laquelle il est présent. Ce dispositif a donc encore des défauts techniques et coûte relativement cher du fait que le lit filtrant est d'un prix très élevé. Ce prix a d'autant plus d'incidence que le tamis est plus étendu puisq-ue le nombre de corps (ou. billes) doit être assez grand pour que le lit soit présent sur toute la surface du tamis sur une épaisseur suffisante. La présente invention a pour but de remédier aux défauts des procédés connus, d'améliorer les dispositifs utilisés et d'en réduire le coût. L'invention sera bien comprise par la description détaillée ci-après fait en référence au dessin annexe. Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnes qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est une vue schématique en coupe qui met en évidence un phénomène fluidique fondamental qui se développe avec les procédés antérieurs connus. La figure 2 est une vue analogue à la précédente et illustrant le principe général de l'invention. La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un dispositif (ou "jig") permettant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit une enceinte A qui est formée d'un cylindre B à axe vertical, ouvert à sa parte supérieure et fermé à sa partie inférieure par une membrane C. Un tamis D est placé horizontalement et présente une partie centrale D1 qui a des mailles lâches tandis que le reste de sa surface D2 a des mailles serrées. L'enceinte A est remplie d'eau et l'on exerce sur la membrane C un effort vertical selon la flèche F1. Compte-tenu que l'effort s'exerce essentiellement sur la partie centrale de la membran-e C et que le mouvement de l'eau vers le haut est freiné par son frottement sur les parois du cylindre B, l'eau a tendance à s'élever plus au centre qu'à la périphérie. En outre, la présence des mailles serrées en D2 accroit l'effet de freinage annulaire tandis la présence de mailles lâches en D1 accroit la facilité de passage de l'eau. Il en résulte que dans la phase ascensionnelle. de l'eau (poussée selon la flèche F1) celle-cijaillit au centre et forme un dôme E très proeminent qui a une tendance naturelle à s'étaler, ce qui se traduit par un mouvement résultant radial supérieur selon les flèches F2. Corrélativement,., la zone qui se situe aurdess-us du tamis D est le siège de mouvements inverses, figurés par les fleches F3. Alors, se produit la phase descensionnelle qui correspond à l'abaissement de la membrane C. Les produits peu denses ont été sollicités vers le haut sans pour autant empêcher la descente gravitationnelle des produits denses et ces derniers se localisent au centre du dispositif, de sorte qu'ils passent à travers les mailles là- ches D1selon les flèches F4. Mais, au soulèvement en dôme E de l'eau, correspond un niveau persiphérique relativement bas. Cela est figuré par la cote x mesurée du bord du cylindre B au niveau de l'eau et par la cote y mesurée du niveau de l'eau au niveau du tamis D. Plus la hauteur du dôme E est grande et plus la relation x-y tend vers x > y dans le cas puremènt théôrîque-de-la figure 1. La conséquence de cet etat de chose est que les produits peu denses ne peuvent pas être tous évacués par débordement selon les flèches F5 et qu'une partie de ceux-ci descend selon les flèches F6. Ces produits sont donc sollicités vers le tamis et sont entraînés selon les flèches F3, de sorte qu'ils se melangent aux produits denses et tombent avec eux, selon les flèches F4. De plus, il se produit un effet de paroi qui crée un passage préférentiel pour les produits peu denses qui cheminent selon les flèches F6 et les plus fins d'entre eux peuvent passer à travers les mailles serrées D2, selon les flèches F7, de sorte qu'en définitive une quantité relativement importante de produits peu denses se mélange aux produits denses. La présente invention permet d'empêcher les migrations parasites des produits peu denses, ce qui se traduit par une "coupure" très précise du mélange traité en deux fractions dont l'une, composée de produits les plus denses, se trouve pratiquement isolée de l'autre et peut être recueillie à un état de grande pureté inconnu jusqu'à ce jour. Pour cela, l'invention a pour objet un procédé de sépa- ration de produits granuleux de densités différentes, du type selon lequel d'une part on soumet une masse liquide à des pulsations dont la résultante directionnelle est essentiellement verticale à travers un tamis immergé au-dessus duquel se situent les produits granuleux, d'autre part on utilise du même côté du tamis que celui contre lequel se situent les produits granuleux, des corps tels que des billes dont la densité est comprise entre celles, extrêmes, des produits à séparer, caractérisé en ce que l'on agit sur le déplacement pulsatoire de la masse liquide pour qu'elle se déplace moins dans sa partie centrale et plus autour de ladite partie centrale que cela se produirait de manière naturelle avec un tamis donné. Ainsi, en se reportant maintenant à la figure 2, on voit un schéma théorique de l'invention volontairement très ressemblant au précédent et qui montre qu'en freinant la masse d'eau dans sa partie centrale et/ou en facilitant son déplacement autour de cette partie centrale, selon les flèches F8, on tend à atténuer l'importance du dôme E', ce qui se traduit par le fait que la relation x'-y' tend vers x' y' comme dans les cas courant. Il faut rappeler que dans la pratique le niveau de l'eau est beaucoup plus haut que ce qui est représenté sur les figures 1 et 2 puisque le bord du cylindre B est constamment submergé mais le phénomène se développe comme décrit à tous les niveaux de la masse d'eau, le contour donné ici à cette dernière et les cotes x, x', y et y' n'ayant été adoptées que pour illustrer plus simplement et plus clairement le phénomène en cause. Pour mettre le procéde en oeuvre, beaucoup de variantes sont possibles : déflecteurs, pistons différentiels et autres. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé est caractérisé en ce que l'on freine le déplacement pulsatoire dans la partie centrale de la masse d'eau en utilisant une quantite de corps, tels que des billes, qui est faible par rapport à celle qui serait nécessaire pour constituer un lit filtrant contre toute la surface du tamis, ces corps devant se localiser au centre du tamis et dégager, corrélativement la couronne circulaire qui se situe autour du rassemblement des corps. Les mouvements de l'eau ayant tendance à rassembler les produits denses au centre du dispositif, les billes du lit filtrant subissent cette action, mais l'on a constaté que les billes ne s accumulaient pas toutes au centre et qu'elles restaient, pour une grande part, à l'aplomb de la partie annulaire, à des niveaux plus ou moins hauts par rapport à celui du tamis. Ainsi, l'on trouve des billes dans une zone où leur utilité est faible, voire nulle. Grâce à l'invention, on combine les avantages techniques nés d'un meilleur rendement et les avantages économiques nés d'une économie puisque l'on utilise moins de billes. Afin que le procedé conforme à l'invention donne de très bons résultats, on maintient. les corps au centre du tamis selon plusieurs couches superposées. Pour la mise en oeuvre du procede ci-dessus le dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend d'une première part une enceinte circulaire ouverte à la partie supérieure et munie d'un fond élastique susceptible d'être déformé à la manière d'une membrane , d'une deuxième part, un tamis transversal à mailles éventuellement non uniformes et d'une troisième part, des éléments propres à agir sur une masse liquide placée dans 1 'enceinte et tels qu'un barrage central au moins partiel, des déflecteurs latéraux et analogues, des moyens etant prévus, à la manière connue, pour recueillir des produits granuleux de densités différentes respectivement au-dessus du tamis au droit de sa périphérie et au-dessous du tamis au droit de sa partie centrale. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, les éléments propres à agir sur une masse liquide sont cons titués par des corps, tels que des billes, dont la densité est comprise entre celles, extrêmes, des produits à séparer et qui sont maintenus rassemblés dans la partie centrale suprieure du tamis, soit seulement lorsque le dispositif est en fonctionnement grâce aux forces centripètes engendrées par les pulsations et agissant sur les corps de densité au moins moyenne, soit par des organes positifs tels qu'une paroi concentrique au tamis. Plus particulièrement, selon une solution préférée, les organes positifs sont constitues par une cuvette prévue au centre du tamis. En se reportant à la figure 3, on voit un dispositif conforme à l'invention qui comprend une enceinte ciruclaire 1 ouverte à la partie supérieure et munie d'un fond défor- mable ou une membrane 2 solidaire d'une cuvette rigide tronconique 3. Au centre de la cuvette 3 se trouve un trou 4 prolongé par un embout rigide 5 servant de support à des tourillons 6 pour un levier 7 monté sur un pivot fixe 8 et associé à une came rotative 9 actionnée par un moteur 10. Un tuyau 11 est raccordé à l'embout 5 pour perme-ttre -de recueillir les produits denses, comme cela sera expliqué plus loin. Sur l'enceinte 1, on pose un tamis transversal 12 à mailles fines dont la paroi verticale pleine 13 prolonge celle de l'enceinte 1 de manière étanche. Le centre du tamis est vide et communique avec une cuvette 14 dont le fond 15 est à larges mailles et supporte plusieurs couches superposées de billes 16. Les dimensions de la cuvette 14 et le diamètre des billes 16 sont choisis de telle manière que la cuvette 14 soit pratiquement pleine de billes 16 lors de la mise en route du dispositif, sans que cela soit une obligation. La paroi 13 du tamis reçoit, par des bras radiaux (non représentés), une paroi circulaire constituant un "brise-lame" 17, de préférence reglable en hauteur. Son bord inférieur est un peu au-dessus du sommet de la paroi 13 du tamis et son bord supérieur est au-dessus du niveau 18 de l'eau, ce niveau étant maintenu constant grâce à une alimentation continue et à un orifice de trop plein 19. Le brise-lame 17 est solidaire, par des bras radiaux (non représentés), d'un entonnoir 20 et d'un déflecteur conique 21. L'ensemble qui vient d'être décrit est entouré d'un bac de recuperation des produits peu denses qui est composé- d'une paroi circulaire verticale 22 et d'un fond annulaire oblique 23 muni d'un trou inférieur 24 équipé d'un obturateur 25 (tube d'évacuation directe selon une variante non représentée). Sur le fond 23, est prévu un dispositif d'écoulement forcé qui est constitué par un tube 26 percé de trous radiaux et alimenteselon selon la flèche F10, par un fluide tel que de l'eau. Enfin, l'enceinte 1 est traversee d'une manière étanche par un tube 27 orienté non radialement mais parallèlement à une tangente afin que l'eau qu'il reçoit selon la flèche F11 provoque un vortex dans la masse d'eau. Le dispositif complet, tel qu'il vient d'être décrit, est fixé sur un support 28 muni de pieds 29 réglables pour permettre son horizontabilite malgré le sol inégal. Ce dispositif ou "jig" fonctionne de la manière suivante Après avoir remplil'enceinte 1 et le bac 22-23 evec de l'eau jusqu'au niveau 18, le melange à traiter est introduit par l'entonnoir 20, de préférence en continu etremplit l'espace déterminé par le tamis 12 et sa paroi 13. Le cône déflecteur 21 amortit la chute du mélange et le répartit en couronne pour eviter une trop grande perturbation centrale. Par veilleurs, de l'eau sous pression est introduite d'une part dans le tube 26 d'evacuation forcée selon la flèche F10 et, d'autre part, dans le tube 27 selon la flèche F11. Le moteur- 10 est mis en route pour entraîner la came 9 qui agit sur le levier 7 et lui imprime un mouvement de pivotement autour du pivot fixe 8, ce qui a pour effet de soulever et abaisser cycliquement le cône 3 et de déformer la membrane 2. On obtient donc l'effet schématise sur les figures 1 et 2. Toute la masse d'eau contenue dans l'enceinte 1 est ainsi soumise à des pulsations répétées et l'ensemble tamis 12 billes 16 se comporte de la maniere voulue pour obtenir 1 'ef- fet décrit en regard de la figure 2. Dans la pratique il ne se produit pas de dôme E' en raison de la présence du mélange à traiteur, mais les forces fluidiques développées sont analogues à celles décrites, la membrane 2 agissant comme la membrane théorique C' de la figure 2. On voit que les billes 16 sont maintenues au centre du tamis 12, par la cuvette 14 et jouent leur rôle de lit filtrant mais seulement où cela est utile,c'est-à-dire dans la zone où les particules denses sont dirigées. L'intérêt de cette disposition est double - le déplacement vertical de la masse d'eau est freiné au cen tre et favoris à la périphérie du fait de la présence des corps les plus denses au centre - le nombre de billes est relativement faible, ce qui corres pond à une économie. L'experience montre que l'efficacité du procédé ainsi mis en oeuvre est considérablement meilleure que celle des jigs existants car l'on supprime, par exemple, la migration des produits peu denses selon les flèches F7 de la figu-re 1, le long des parois de l'enceinte 1 et l'on ne recueille à travers le lit filtrant central que les produits les plus denses, ceux-ci étant collectés et recueillis comme symbolisé par la flèche F12-. Les produits ainsi obtenus par la mise en oeuvre du procédé decrit sont d'une qualité exceptionnelle qui peut les rendre immédiatement utilisables sans autre traitement (tri, tamisage, etc etc.....). On pourrait obtenir un résultat comparable à l'égard des forces fluidiques non plus au moyen des billes 16 mais au moyen de deflecteurs inclinés pour favoriser les déplacements latéraux ou au moyen d'une plaque éventuellement trouée placée au centre. Dans ce dernier cas, la plaque doit permettre le libre cheminement des produits denses vers le trou 4 et peut être legèrement conique. ou hémisphérique à convexité supérieure. Les billes 16 pourraient ne pas être maintenues positivement puisqu'elles sont constamment sollicitées vers leur position de rassemblement au centre du tamis, leur quantité devant, de toutes façons, etre choisies pour qu'elles forment plusieurs couches superposées. Mais l'expérience montre que leur localisation dans une cuvette dont le sommet est au niveau du tamis (ainsi que cela est représenté sur la figure 3) améliore l'efficacité du procédé et la qualité des produits obtenus car les produits moins denses sont pratiquement maintenus au-dessusü niveau du lit filtrant, ce dernier agissant sur les seuls produits denses qui, eux, peuvent tomber par gravité. Cela diffère des procédés connus selon lesquels les billes et le mélange à traiter (toutes densités confondues) se trouvent ensemble et au même niveau, déterminé par le tamis. Les produits moins denses sont évacues, comme cela est connu, par cheminement dans le sens des flèches F2 de la figure 1 en passant entre le sommet de la paroi 13 et la base du brise-lame 17 ; ils tombent sur le fond 23 et sont évacues par le trou 24. L'invention n'est pas limite aux seuls modes de réalisation décrits et représentés mais en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Procédé de separation de produits granuleux de densité differentes, du type selon'lequel d'une part on soumet une masse liquide des pulsations dont la résultante direc tonnelle est essentiellement verticale à travers un tamis immerge (12) au-dessus duquel se situent les produits gra nuleux, d'autre part on utilise du même côté du tamis (12) que celui contre lequel se situent les produits granuleux, des corps tels que des billes (16-) dont la densité est com prise entre celles, extrêmes, des produits à separer, ca ractérisé en ce que l'on agit sur le déplacement pulsatoire de la masse liquide pour qu'elle se déplace moins dans sa partie centrale et plus autour del ai dte parti e centrale que cela se produirait de manière naturelle avec un tamis donné. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce l'on freine le deplacement pulsatoire dans la partie centrale de la masse d'eau en utilisant une quantité de corps, tels que des billes (16), qui est faible par rapport à celle qui serait necessaire pour constituer un lit filtrant con tre toute la surface du tamis (12), ces corps (16) devant se localiser au centre du tamis (12) et dégager, corréla tivement, la couronne circulaire qui se situe autour du rassemblement des corps. 3- Pr-océdé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on maintient les corps au centre du tamis selon plusieurs couches superposées. 4- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la re vendication 1, caractérisé en ce qu il comprend d'une pre mièvre part une enceinte circulaire (1) ouverte à sa par tie superieure et munie d'un fond élastique (2} suscepti ble d'être déforme à la maniere d'une membrane, d'une deu xième part, un tamis (12) transversal à mailles éventuel lement non uniformes et d'une troisieme part, des éléments propres à agir sur une masse liquide placée dans l'enceinte (1) et tels qu'un barrage central au moins partiel (15-16), des déflecteurs lateraux et analogues, des moyens étant prévus, à la maniere connue, pour recueillir des produits granuleux de densités différentes respectivement au-dessus du tamis (12) au droit de sa péripéhrie et au-dessous du tamis (i2), au droit de sa partie centrale (15). 5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments propres à agir sur une masse liquide sont constitués par des corps, tels que des billes (16), dont la densité est comprise entre celles, extrêmes, des pr-o- duits à séparer et qui sont maintenues rassemblés dans la partie centrale supérieure du tamis (12), soit seulement lorsque le dispositif est en fonctionnement grâce aux for ces centripètes engendres par les pulsations et agissant sur les corps de densité au moins moyenne, soit par des organes positifs tels qu'une paroi concentrique au tamis (12). 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les organes positifs sont constitués par une cuvette (14) prévue au centre du tamis (12). 7- Produits obtenus par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus.