Brevet FR2485398A1 — publié le 19811231

L'invention concerne un procédé et un dispositif de séparation de matériaux de densités différentes par un liquide ferromagnétique. La séparation de ces matériaux constitués par des objets solides non magnétiques, de densités différentes, se fait en utilisant une zone de séparation formée par les différences locales de flottabilité magnétique produites dans un liquide ferromagnétique placé dans un champ magnétique produit par un ensemble d'aimants disposés de manière à former une gouttière en forme de V, les deux faces polaires de ces aimants étant placées l'une en face de l'autre. Le liquide ferromagnétique ci- dessus se définit comme une solution colloïdale dans laquelle les par- ticules magnétiques traitées en surface comme de la magnétite extrêmement fine, sont dispersées de façon stable, cette solution colloïdale ne faisant pas apparaître de variations de densité des articules en suspension, même en présence d'un champ magnétique, et semblant donc se comporter comme si le liquide lui-même était magnétique. Lorsque ce liquide ferromagnétique est placé dans un champ magnétique déterminé par le champ local H et le gradient de champ magnétique dH, une force M. dH se développe dans le sens du champ local croissant,"M éeant l'induction magnétique (en gauss) du liquide ferromagnétique dans le champ local H. Quand un objet solide non magnétique de volume V est placé dans ce liquide ferromagnétique, cet objet solide est soumis à une- force V. M. dH agissant dans le sens du champ local. Cette force est ceT qu'on appelle la "flottabilité magnétique" ou "force de lévitation magnétique", M étant l'induc- tion magnétique moyenne du liquide déplacé par l'objet solide. L'utilisation de cette flottabilité magnétique pour séparer des objets solide a été tentée récemment dans plusieurs pays, et divers dispositifs ont été mis en oeuvre pour effectuer la séparation de matériaux de forte densité, bien que ce procédé ait présenté beaucoup de difficultés jusqu'ici. Le champ magnétique utilisé dans le dispositif s'obtient facilement en disposant les aimants 1, 1' de manière à former une gouttière en forme de V dans laquelle les deux pièces polaires des aimants se font face comme indiqué sur la figure 1. En remplissant la zone de champ magnétique ainsi formée par le liquide ferromagnétique 2, on obtient la flottabi- lité magnétique voulue. Cependant la valeur du gradient de champ magnétique varie suivant la position, ce qui conduit à des variations locales de la flottabilité magnétique. On obtiet ainsi, comme indiqué sur la figure 1, les lignes d'équiflottabi- lité 3 résultant de la somme de la flottabilité magnétique et de la flottabilité normale, entre les aimants 1 et 1'. Il existe deux lignes d'équiflottabilité de 3 g/cm3, l'une supérieure et l'autre inférieure, et entre ces deux lignes la flottabilité est pratiquement constante. Au contraire, à l'extérieur de cette plage, c'est-à-dire au-dessus ou audessous, la flottabilité diminue brusquement. Par suite, si l'on amène doucement par le dessus un objet solide 5 de poids spécifique inférieur à 3 g/cm3, dans le liquide ferromagnétique, l'objet solide 5 flotte sur la couche 4 limitée par les deux lignes ci-dessus d'équi- flottabilité à 3 g/cm3. Si au contraire on introduit un objet solide 6 de poids spécifique nettement supérieur à 3 g/cm3, cet objet 6 tombe dans le liquide ferromagnétique 2 en traversant la couche 4 ci-dessus. Par suite cette couche 4, appelée zone de séparation, sert à effectuer la séparation des matériaux de densités différentes. Si cette zone de séparation est en pente, l'objet solide non-magnétique de plus faible densité flottant sur la zone de séparation se déplace dans le liquide ferromagnétique en suivant la surface en pente de la zone de séparation, à la manière d'un enfant sur un toboggan, jusqu'à ce qu'il vienne pbnger dans une partie o l'amplitude du gradient de champ magnétique et donc de flottabilité, diminue. Dans la plupart des procédés et dispositifs classiques de séparation de matériaux de densités différentes basés sur ce principe, la gouttière en V formée par les pièces polEres face à face d'une paire d'aimants, est inclinée dans le sens longitudinal et le récipient rempli de liquide ferromagnétique est installé dans cette gouttière en V de manière à former une. zone de séparation inclinée longitudi- nalement pour que les matériaux de densités différents coulent dans la gouttière et se séparent par flottaison ou immersion dans la zone de séparation inclinée dans le sens longitudinal. Ces types de réalisation sont décrits par exemple dans la demande de brevet japonaise nO Sho-51-48804 et dans la demande de brevet japonaise ouverte nO Sho-52-108 565. De plus, on pourra trouver un procédé et un dispositif spéciaux de séparation de matériaux de densités différentes par un liquide ferromagnétique, dans la demande de brevet japonais ouverte nO Sho-54-48 379. Ce brevet utilise, comme indiqué sur la figure 2, un récipient de séparation 8 contenant un liquide ferromagnétique 2 et une cloison de séparation 7 montée sur l'aimant de façon que lorsque les positions relatives de l'aimant 1 et de la cId.son 7 varient, l'aimant 1 effectue un mouvement de va et vient entre les deux faces latérales du récipient. On peut ainsi faire varier la distribution des liquides d'équiflottabilité 3 dans le récipient de séparation 8 de façonque les objets de densité plus faible flottent par dessus la cloison 7 pour retomber ensuite, ce qui permet ainsi de séparer les -matériaux de part et d'autre de la cloison 7. Les deux types de procédés et de dispositifs décrits ci-dessus permettent d'obtenir une séparation très précise des matériaux, comparativement aux procédés de séparation classiques, cependant, comme la taille maximum des particules séparables est limitée, ces types de procédés sont difficiles à mettre en*oeuvre. Plus précisément, dans le dernier dispositif décrit ci-dessus, la zone de séparation n'est utili- sable qu'entre les aimants 1 et 1'; par suite l'intervalle entre les aimants au niveau de la zone de séparation correspondant à une flottabilité magnétique donnée, détermine la taille maximum des particules de l'objet. Cependant la taille des déchets solides tels que des éclats d'aluminium dans des ferrailles d'automobiles, permet de séparer actuellement ces déchets-de façon simple comme indiqué dans le tableau 1 ci-après; mais, comme ces déchets contiennent de très nombreuses pièces dont la longueur se situe entre 45 et 200 mm, il faut concasser de nouveau ces déchets avant de les introduire dans le dispositif de séparation. TABLEAU 1 Exemple de distribution de tailles de déchets d'automobiles 1 0 Objets Objets Taille magnétiques non magnétiques Fe, etc.'A1 et lCu et Alliages; Matières 3alliagesialliages de Zn plasti-! dAl (%)!de Cu (ô) (%) ques 25,4 + 9,5 mm 1,4 35,9 0,9 1,1 l'O - 44,4 +25,4 mm 4,6 34,9 o,4 0,0 O0O 200 + 44,4 mm 6,8 12,3 o,6 O0O 0,0 Le tableau ci-dessus donne des exem- ples de distributions de tailles de déchets de métaux non ferreux que l'on peut trouver chez des ferrailleurs de l'industrie automobile. De plus dans le dernier type de dispo- sitif spécial décrit ci-dessus, la partie o se situe le champ magnétique localement non uniforme, est utilisée comme zone de séparation à cloison. Ce dispositif ne s'applique donc pas aux objets autres que ceux de calibre 2,5 à 3,5. L'invention a pour but de créer un procédé et un dispositif nouveaux permettant de résoudre les problèmes posés par les procédés et dispositifs classiques de séparation de matériaux de densités différentes au moyen d'un liquide ferromagnétique. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont basés sur l'étude et l'observation de la distribution de flottabilité magnétique d'un liquide ferroma- gnétique placé dans un champ produit par deux aimants disposés face à face de manière à former une gouttière en forme de V, en tenant compte du fait que la taille des particules constituées par des éclats d'aluminium de faible densité, est la plupart du temps, comme indiqué ci-dessus, plus grosse que la taille 3.5 des déchets de cuivre ou d'alliages de cuivre et de zinc à forte densité, la quantité des premiers étant beaucoup plus grande que celle des seconds. A cet effet llinvention concerne un procédé de saration d'objets solides non magnétiques de densités différentes par utilisation d'une zone de séparation formée par les variations locales de flottabilité magnétique induites dans un liquide ferromagnétique placé dans le champ magnétique produit par un ensemble d'aimants disposés de manière à former une gouttière en forme de V dans laquelle les deux p8les d'aimants se font face, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les différentes étapes consistant à régler la zone de séparation située dans la partie d'ouverture de la gouttière en V de telle manière que cette zone de séparation soit inclinée en pente dans un plan transversal à la gouttière; à amener les objets solides non magnétiques à séparer, par la partie supérieure de la zone de séparation; à laisser tomber les objets solides non magnétiques de forte densité dans le liquide ferromagnétique placé dans la gouttière; à faire flotter les objets solides non magnétiques de faible densité pour les faire descendre le long de la surface supérieure de la zone de séparation en pente de façon qu'ils traversent la gouttière pour tomber dans le liquide ferromagnétique à l'extérieur des aimants. Le dispositif selon l'invention, per- mettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus est caractérisé en ce que les aimants sont disposés de façon que la gouttière en V soit inclinée en pente dans un plan transversal à la gouttière, et en ce que le récipient est conçu de manière à former un espace continu comprenant les espaces situés à l'intérieur et au-dessus de la gouttière en V, au- dessus des aimants, et à l'extérieur de la partie inférieure de l'ouverture de la gout- tière en V inclinée, ce récipient étant rempli de liquide fer- romagnétique jusqu'à un niveau convenable au-dessus des aimants. L'invention permet de séparer avec précision des objets non magnétiques de forte densité par un procédé à plusieurs étages utilisant un dispositif de sépara- tion dans lequel plusieurs ensembles d'aimants formant chacun une gouttière en V inclinée, sont disposés côte à côte les uns à la suite des autres, et dans lequel le récipient met en oeuvre un espace continu aomprenant les parties situées à l'intérieur et au-dessus des gouttières en forme de V, par dessus les aimants et à l'extérieur du côté inférieur de l'ouverture de la gout- tière inférieure. L'une des caractéristiques importantes de l'invention est que la séparation en plusieurs étages est possible et permet d'obtenir une séparation très précise. Dans ce cas il est favorable de placer les gouttières en V ad- jacentes aussi voisines que possibles les unes des autres en utilisant une ou plusieurs plaques de guidage inclinées placées au-dessus des aimants adjacents, de façon que les objets flottants puissent les traverser facilement. On peut utiliser normalement comme aimants des aimants permanents constitués par exemple par une ferrite au strontium. Si l'on utilise des aimants à forte magné- tisation tels que des alliages de samarium-cobalt, il est possi- ble de séparer des objets solides non-magnétiques de plus forte densité par des étages multiples disposés sur une même distance d'aimants. D'autre part il va sans dire qu'on peut aussi bien utiliser des électro-aimants. En supposant que la plus grande lon- gueur des aimants soit disposée dans le sens longitudinal suivant la conception la plus classique, le procédé selon l'invention peut être appelé "procédé de séparation par poids spécifique de type à débit transversal", car le processus de séparation s'ob- tient en déplaçant les objets transversalement par rapport à la rangée d'aimants. Comme décrit ci-dessus, les déchets d'aluminium de grosse taille constituant une grande concentration en déchets non magnétiques, tels que des déchets d'industrie automobile par exemple, passent par dessus l'ensemble d'aimants et tombent au fond du récipient à l'extérieur de ces aimants, tandis que les déchets de cuivre moins nombreux et de plus petite taille mais plus lourds, tombent entre les aimants. Pour cette raison le procédé selon l'invention peut très bien s'utiliser pour séparer des objets tels que des déchets automo- biles, suivant leur poids spécifique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et qui se réfère aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe destinée à décrire le principe de séparation de matériaux de densités différentes par un liquide ferromagnétique, - la figure 2 est une vue en coupe d'un exemple de dispositif selon l'art antérieur, - la figure 3 est une vue en perspec- tive d'une forme de réalisation d'un dispositif selon l'inven- tion; - la figure 4 est une vue en coupe du dispositif de la figure 3, la figure 5 est un schéma explicatif du principe de séparation selon l'invention, et - la figure 6 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention mettant en oeuvre un dispositif à plusieurs étages de séparation des matériaux. Dans le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 4, un ensemble d'aimants permanents 1 et 1' reliés par une culasse 9 à leurs extrémités inférieures, sont disposés symétriquement des deux côtés d'un plan 10 incliné d'un angle Q par rapport à la verticale de façon que la face polaire S de l'aimant 1 et la face polaire N de l'aimant 1' viennent en face l'une de l'autre pour former une gouttière en forme de V. Par suite la gouttière en V ci-dessus est inclinée d'un angle Q dans un plan de section transversale de celle-ci. L'espace C compris à l'intérieur de la gouttière en V formée entre les aimants 1 et 1', y compris sa partie supérieure, l'espace A situé audessus de l'aimant 1, et l'espace B situé au-dessus de l'aimant 1', ainsi que l'espace liaison, constituent un espace continu contenu dans le récipient 11 rempli à un niveau convenable de liquide ferromagnétique 2. La figure 4 représente un exemple de lignes d'équiflottabilité obtenues dans le liquide ferromagné- tique 2 contenu dans le récipient 11 et équipé d'aimants 1 et 1' constitués par des aimants permanents en ferrite au strontium. Comme on peut le voir sur la figure, la surface supérieure de la zone de séparation 4 de poids spécifique 3 g/cm3, limitée par les deux lignes d'équiflottabilité à 3 g/cm3, se situe au-dessus du bord supérieur des aimants 1, 1'. La surface 12 du liquide ferromagnétique 2 remplissant le récipient ne forme pas un plan horizontal par suite du magnétisme. On décrira ci-après le processus de séparation des déchets non magnétiques constitués de mélanges d'aluminium avec du cuivre, des ailliages de cuivre et de zinc ou autres, au moyen du dispositif décrit ci-dessus. - Comme indiqué sur la figure 5, les déchets ou éclats non magnétiques décrits ci-dessus sont amenés obliquement par en haut dans le liquide ferromagnétique 2 grâce à un dispositif d'alimentation tel qu'un convoyeur à cour- roie, non représenté, débitant dans la partie A du récipient de séparation 11. Les déchets d'aluminium légers 5 sont représentés symboliquement par des petits carrés, et les déchets non magné- tiques lourds 6 tels que les déchets de cuivre sont représentés par des petits cercles. Les déchets 5 et 6 sont amenés dans la zone de séparation située au-dessus de C, en suivant la surface inférieure inclinée de la partie A du récipient se situant au- dessus de l'aimant 1. Les objets non magnétiques de faible den- sité, tels que les déchets d'aluminium de poids spécifiques 2, 7, glissent par pesanteur le long de la ligne d'équiflottabilité supérieure de 2,7 kg/cm, comme indiqué sur la figure 4, puis passent par dessus l'aimant 1' pour atteindre la partie B et se déposer là o la flottabilité magnétique n'existe pratiquement plus. Au contraire les objets de forte den- sité tels que les déchets de cuivre dont le poids spécifique est de l'ordre de 9 ou les déchets de zinc dont le poids spéci- fique est de l'ordre de 6,5, traversent la zone de séparation 4 limitée par les lignes d'équiflottabilité supérieure et infé- rieure de 3 g/cm3, pour plonger dans le liquide ferromagnétique et se déposer dans le fond de la partie C du récipient. Les déchets 5 et 6 de poids spécifiques différents ainsi séparés dans les parties B et C du récipient 11, et déposés aux endroits correspondants, sont récupérés par des procédés classiques terminant le processus de séparation. Comme le mouvement transversal décrit ci-dessus des matériaux à faible densité se fait par glissement le long de la ligne d'équiflottabilité sous le simple effet de la pesanteur, il faut déterminer l'angle d'inclinaison Q ci-dessus de telle manière que la tangente à la ligne d'équiflottabilité format la zone de séparation puisse être en pente vers le bas dans la direction allant de A à B en n'importe quel point de cette zone. Les divers résultats expérimentaux obtenus par exem- ple dans le cas de la séparation d'objets lourds au moyen d'aimants permanents à ferrites, ont montré que la valeur conve- nable de l'angle d'inclinaison se situait entre 100 et 20 . Lorsque la taille des objets est grande il est préférable que Q soit grand. Le tableau 2 ci-dessous donne les résultats de la séparation de déchets d'aluminium dans des métaux non ferreux de l'industrie automobile, par le dispositif selon 1' invention. TABLEAU 2 Résultats de la séparation de déchets d'aluminium (- 200 + 25,4 ram) Dans ce tableau: Ai et alliage d'Ai: alliage d'Ai = 9: I (en poids) Poids spécifique de Ai 2,69 Poids spécifique de l'alliage d'Al 2,74 Poids spécifique de l'alliage de Zn 6,50 On décrira maintenant le dispositif de séparation à étages multiples, selon l'invention, utilisant un certain nombre d'unités de séparation disposées côte à côte suivant une suite continue. Dans la forme de réalisation de la figure 6, deux ensembles d'aimants 1, 1' reliés par des culasses 9, formant une gouttière en V, sont disposés côte à côte de façon que chaque gouttière soit inclinée dans un plan de section transversale. Ces gouttières sont placées dans un récipient 11' formant un espace continu comprenant les espaces C', C" situés à l'intérieur et au-dessus des gouttières en V, au-dessus des aimants 1, 1' et à l'extéiieur de l'ouverture de la gouttière inférieure C", le récipient 11' étant rempli jusqu'à un niveau convenable de liquide ferromagnétique 2. Dans le cas par exemple d'un mélange de déchets de cuivre de poids spécifique 9 environ avec des 4o Qualité (%) Vitesse de Vitesse d'- Plottabili- distribution alimenta- té Maximum (%) tion utilisée (t/heure) (g/cm3) Ai et Alliage Ai et Alliage alliage de alliage de d'Al Zn d'Al Zn Objet flottant 100,0 0 100,0 0,0 5,0 3,20 Objet immergé 0,0 100,0 0,0 100,0 déchets d'aluminium de poids spécifique 2,7 environ, ou de chlo- rure de vinyle de poids spécifique inférieur à 1,5, la séparation suivant les poids spécifiques se fait en utilisant l'étage 1 (gouttière C') dont la zone de flottabilité de l'ordre de 3 g/cm3 est formée par l'ensemble d'aimants 1, 1', puis en utilisant l'étage 2 (gouttière C") dont la zone de flottabilité de l'ordre de 1,5 g/cm3 comporte également un ensemble d'aimants. Une plaque de guidage légèrement inclinée 14 est montée entre les deux zones de séparation situées au-dessus des aimants adjacents 1', 1. En cours de fonctionnement les déchets mélangés de cuivre 6, d'aluminium 5 et de chlorure de vinyle 13 sont amenés obliquement par le haut de la partie supérieure extrême A' du récipient 11, au moyen d'un convoyeur à courroie non représenté, puis, suivant les principes cidessus, seuls les déchets de cuivre 6 tombent dans la zone de séparation correspondant au poids spécifique de 3g/cm3 de l'étage 1, pour venir s'accumuler dans le fond de la partie C', tandis que le mélange d'aluminium 5 et de chlorure de vinyle 13 se déplace vers l'étage de séparation 2. Comme la flottabilité correspondant à la zone de séparation de l'étage 2 est réglée à 1,5 g/cm3I l'aluminium 5 plus lourd que cette valeur tombe dans la partie C" en traversant la zone de séparation pour s'accumuler dans le fond de cette part*ie C", tandis que seul le chlorure de vinyle 13 de poids spécifique inférieur à 1,5 g/cm3 se déplace vers la partie B' en suivant la surface supérieure de la zone de sépara- tion pour s'accumuler dans le fond de la partie B'. REVENDICATIONS 1.- Procédé de séparation d'objets solides non magnétiques de densités différentes par utilisation d'une zone de séparation formée par les variations locales de flottabilité magnétique induites dans un liquide ferromagnétique (2) placé dans le champ magnétique produit par un ensemble d'aimants (1, 1') disposés de manière à former une gouttière en forme de V dans laquelle les deux pôles d'aimants se font face, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les différentes étapes consistant à régler la zone de séparation située dans la partie d'ouverture (C) de la gouttière en V de telle manière que cette zone de séparation soit inclinée en pente dans un plan transversal à la gouttière; à amener les objets solides non magnétiques à séparer, par la partie supérieure de la zone de séparation; à laisser tomber les objets solides non magnétiques de forte densité (6) dans le liquide ferromagnétique (2) placé dans la gouttière; à faire flotter les objets solides non magnétiques de faible densité (5) pour les faire descendre le long de la surface supérieure de la zone de séparation en pente de façon qu'ils traversent la gouttière pour tomber dans le liquide ferromagnétique à l'extérieur des aimants. 2.- Dispositif de séparation d'objets solides non magnétiques de densité différentes, utilisant une zone de séparation formée par les variations locales de flot- tabilité produites dans un liquide ferromagnétique (2) placé dans un champ magnétique produit par un ensemble d'aimants (9, 1J) disposés de manière à former-une gouttière en forme de V dans laquelle les deux pôles d'aimants se font face, dispositif caractérisé en ce que les aimants (1, l') sont disposés de façon que la gouttière en V soit inclinée en pente dans un plan trans- versal à la gouttière, et en ce que le récipient (11) est conçu de manière à former un espace continu comprenant les espaces situés à l'intérieur (C) et au-dessus de la gouttière en V, au-dessus des aimants (1,1'> et à l'extérieur de la partie inférieure de l'ouverture de la gouttière en V inclinée, ce récipient (11) étant rempli de liquide ferromagnétique (2) jusqu'à un niveau convenable au-dessus des aimants (1, 1t). 3.- Dispositif de séparation selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs ensembles d'aimants (1, 1') formant chacun une gouttière en V sont placés côte à côte dans une disposition continue,et en ce que le récipient (l1t) forme un espace continu comprenant les espaces (CI, C") situés à l'intérieur et au-dessus des gouttières en V, au-dessus des aimants, et à l'extérieur de la partie inférieure de l'ouverture de la gouttière inférieure. 4.- Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les gouttières en V sont placées aussi près que possible les unes &s autres, et en ce qu'une ou plusieurs plaques de guidage (14) inclinées sont placées au-dessus des aimants adjacents. 5.- Dispositif de séparation selon l'une quelconque des evendications 2 à 4, caractérisé en ce que les aimants sont des aimants permanents. 6.- Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les aimants utilisés sont des aimants à forte magnétisation tels que des aimants à alliage de samarium et de cobalt. 7.- Dispositif de séparation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les aimants sont constitués par des électro-aimants.