Brevet FR2535622A1 — publié le 19840511

La présente invention se rapporte au domaine général de la séparation en plusieurs fractions de parti- cules solides en soumettant le flux de particules à un bombardement ionique, gràce à quoi un certain nombre de particules qui sont de nature relativement non-conductri- ce du point de vue électrique reçoivent et retiennent une charge ionique, tandis que les autres particules du flux qui sont de nature relativement conductrice cèdent ou dissipent rapidement tous les ions reçus Quoiqu'en l'occurence il s'agisse d'un procédé de bombardement ionique, il est traditionnellement rangé dans la classi- fication générale des séparations électrostatiques, telles que:séparation di-électrique, migration de charges élec- triques par chauffage ou refroidissement, et induction conductive Au fait, le procédé de bombardement ionique est de nature électrodynamique, étant donné qu'il se produit un flux effectif d'ions depuis l'électrode char- gée. Bien qu'à l'heure actuelle il existe des appa- reillages se rapportant à tous ces procédés, une optima- lisation du procédé de séparation ionique fait défaut, si bien que la présente invention remplit cette lacune en fournissant un procédé soumettant le flux de particu- les solides à un flux d'ions essentiellement uniforme émis par une pluralité d'électrodes de décharge couvrant une surface substantielle du flux de solide pendant que celui-ci est déversé sur la surface d'un cylindre de support mis à la terre et tombe en chute libre entre cette surface et une grille curviligne enveloppant par- tiellement et à une certaine distance la surface du cylindre de support, la pluralité d'électrodes de dé- charge ionique se trouvant aménagées sur cette grille. Dans l'état technologique actuel, les appareils utilisant le principe d'un bombardement ionique déversent d'abord le flux de particules solides sur la surface d'un cylindre de support rotatifpendant qu'une source d'ions essentiellement ponctuelle est dirigée sur le matériau -2- solide pendant l'écoulement de celui-ci sur la surface du cylindre de support Bien que ce procédé donne des résultats positifs, il est cependant relativement ineffi- cace, étant donné qu'il exige que le tambour de support tourne à une vitesse de rotation relativement peu élevée, tandis que la force relativement peu élevée des ions venant bombarder le flux de particules solides déversées sur la surface du cylindre de support empêche une bonne séparation des particules non conductrices des particules conductrices. Par conséquent, il est un objet de la présente invention d'optimaliser le procédé de séparation en plusieurs fractions d'un flux de particules solides en mettant le flux de particules solides brièvement en contact avec une petite portion seulement de la surface du cylindre-de support, et-puis en permettant immédiate- ment après au matériau de tomber en chute libre dans l'espace libre existant entre le cylindre de support et la grille renfermant une pluralité d'électrodes de dé- charge ionique Le fait de soumettre le flux de particules solides à une chute libre contribue à séparer les deux fractions de particules en les soumettant de manière beaucoup plus efficace au champ ionique et en augmentant ainsi l'efficacité de séparation L'invention se prête particulièrement à la séparation des fines rélangées aux opeaux de bois, et plusparticulièrement aux copeaux de bois non tamisés ayant une teneur en humidité jusqu'à environ 55 %. En acheminant le flux de particules solides tombant en chute libre entre la surface du cylindre de support en rotation et la grille renfermant les électro- des de décharge ionique, les particules non conductrices qui acquièrent une charge peuvent faciliment être attirées par le potentiel plus faible du cylindre de support mis à la terre Ces particules non-conductrices se déplacent en direction du cylindre de support, et elles s'attachent à la surface de celui-ci ou elles tombent vers le bas. Les particules attachées à la surface sont raclées, mais -3- en tout état de cause les particules non-conductrices sont contraintes de se séparer du flux tombant en chute libre sous l'effet de leur potentiel électrique par rapport au cylindre de support mis à la terre Par con- séquent, ces particules sont dirigées vers un endroit distinct de celui o se retrouve le flux de particules en chute libre constitué par les autre particules, con- ductrices, qui tombent essentiellement verticalement sous l'effet de leur quantité de mouvement et de la force de gravité. Un volet mobile aménagé dans la partie supé- rieure d'une trappe s'interpose aux flux tombants des deux fractions de particules solides à un endroit o les particules non-conductrices et conductrices ont déjà été séparées. Ensuite, le flux de particules conductrices est dirigé sur la surface d'un second cylindre de support disposé en-dessous du premier cylindre de support, et sur ce deuxième cylindre de support on répète essentiellement le même procédé, et on réunit le flux de particules non- conductrices séparées pendant cette deuxième opération avec les particules non-conductrices de la première opé- ration, augmentant ainsi l'efficacité de séparation en un flux de particules non-conductrices et un flux de particules conductrices Par conséquent, cet appareillage nécessite une moindre consommation d'énergie pour main- tenir le champ de flux ionique, par exemple de l'ordre de grandeur d'environ 50 watts par mètre de longueur de la surface de contact entre les particules et le cylin- dre de support Et-ant donné la présence de volets mobiles réglables aménagés dans la partie supérieure des trappes respectives et servant à séparer les deux flux de particules séparés pendant chaque opération, il est aisé de régler l'efficacité de la séparation, d'o il résulte une grande flexibilité d'opération. D'autre part, étant donné les propriétés non-conductrices du sable et du grès, cet appareillage se servant du -4- principe du bombardement ionique est particulièrement indiqué pour le traitement des copeaux de bois afin d'en séparer le sable, le grès et les fines. Par conséquent, il est un objet de la présente invention de fournir un appareillage basé sur le principe du bombardement ionique dans le but d'augmenter l'effi- cacité de séparation en deux fractions distinctes d'un flux de particules solides non-conductrices et conduc- trices. Il est un autre objet de la présente invention de fournir un appareillage basé sur le principe du bom- bardement ionique et-renfermant une pluralité d'électro- des de décharge ionique se trouvant à une certaine dis- tance de la surface du cylindre d'appui rotatif laissant un espace suffisant pour permettre à un flux de particu- les tombant en chute libre de s'acheminer. Il est une autre objet de la présente inven- tion de fournir un appareillage de séparation de parti- cules solides par bombardement ionique dans lequel la fraction conductrice des particules solides est soumise un certain nombre de fois au procédé de bombardement ionique dans le but d'augmenter davantage l'efficacité globale de l'appareillage. Ces objets et d'autres objets, caractéristiques et avantages de l'appareil deviendront plus apparents gràce-à la description des modes de réalisation préférés détaillés ci-après et en se référant aux dessins en annexe, sur lesquels la figure 1 est une vue latérale schématique de l'appareil, indiquant l'emplacement des électrodes de décharge ionique par rapport à l'écoulement du flux tombant de particules solides, et la figure 2 est une vue légèrement agrandie d'une partie de l'appareil représenté sur la figure 1, avec indication des vecteurs de force résultants s'exer- çant sur différentes particules distinctes, dont l'une est plus rapprochée et l'autre plus éloignée de la sur- face du cylindre de support. Dans l'appareillage représenté sur la figure 1, un flux de particules solides entrant 20 destiné à être séparé en deux fractions est acheminé par le tablier d'alimentation 14, qui peut être du type à-vibration, selon le sens de la flèche 21 sur la surface périphérique du cylindre de support 10 qui tourne dans le sens de la flèche courbe La surface du cylindre de support est reliée au potentiel de la terre gràce au dispositif 11. Le flux de particules solides, entrant; par exemple des copeaux de bois renfermant des fines, du sable, du grès et d'autres matériaux semblables que l'on désire séparer, est brièvement mis en contact et transporté par une por- tion périphérique supérieure d'aire relativement réduite de la surface rotative du cylindre de support, puis se met à tomber en chute plus ou moins libre selon une tra- jectoire déterminée par la force de gravité et la quantité de mouvement des particules respectives Une plaque à grille 28 est disposée à une certaine distance face à une portion de surface du cylindre de support 10, l'es- pacement étant suffisant pour permettre au matériau solide tombant de passer librement entre le cylindre de support et une pluralité d'électrodes de décharge ionique 24 aménagées dans la plaque à grille Cette plaque à grille peut être articulée, comme indiqué sur les figures, ou curviligne, mais en tout état de cause elle couvre approximativement l'une-des faces du cylindre de support, sa partie inférieure étant orientée essentiellement verticalement de manière à ne pas géyser la chute de la fraction conductrice du matériau solide. Une source de, courant continu de haute tension 16 (par exemple environ 40 à 60 k V) est reliée à la pla- que à grille avec un potentiel tout juste inférieur au point d'étincellement, d'o il résulte un flux d'ions émis par les électrodes de décharge ionique 24, consti- tué de préférence d'ions négatifs indiquésschématiquement par des traits 27, le flux d'ions étant orienté essen- -6 tiellement radialement en direction de la surface péri- phérique du cylindre de support 10 dans le but d'inter- cepter, c'est-à-dire "bombarder" les particules solides déversées sur cette surface Ces ions se dirigent dans le sens du gradient de tension maximum existant entre les électrodes et le cylindre de support. Grosso-modo, les particules solides achemi- nées peuvent être classifiées en particules non-conductri- ces et particules conductrices, et par là on entend que les particules non-conductrices ont tendance à ne pas conduire les charges électriques, tandis que les parti- cules conductrices ont par contre tendance à perdre ou à dissiper toute charge électrique qu'elles sont suscep- tibles de recevoir Dans l'appareil à bombardement ioni- que conçu et construit selon la présente invention, les particules solides sont exposes au flux ionique par colli- sion entre les deux flux. Comme le montre la figure 2, les particules non-conductrices 36 ayant reçu une charge ionique ont tendance à montrer une affinité pour la surface du cylin- dre de support 10 mis à la terre, et elles s'attachent à la surface de celui-ci ou tout simplement se déversent en-dessous de celui-ci sous l'effet de leur attraction d'avec le cylindre de support Quoiqu'il en soit, ces particules sont dirigées à gauche d'un volet mobile réglable 22, soit qu'elles sont raclées de la surface du cylindre de support par le racleur 18, soit qu'elles tombent plus ou moins librement en-dessous du cylindre de support 10 après voir été défléchis deleur trajec- toire courbe. Par contre, les particules conductrices 38 ayant relativement rapidement cédé toute charge reçue de la part des ions de bombardement conservent une trajectoire de descente relativement peu affectée en s'acheminant de la surface du quadrant supérieur du cylindre de support 10, et par conséquent elles tombent à droite du volet mobile réglable 22 et se déplacent le -7- long de la trappe supérieure d'acheminement 34. Les facteurs exerçant une influence sur l'effi- cacité de séparation des particules solides, et par là sur l'efficacité globale du procédé sont: 1) la tension appliquée, 2) la teneur en humidité des particules, 3) la granulométrie des particules, 4) la position du volet mobile réglable, et, 5) le débit d'alimentation. En ce qui concerne la tension appliquée, lorsque celle-ci augmente, la force du champ électrique s'accroit et une force plus grande s'exerce sur chaque particule concernée,occasionnant ainsi un déplacement sur une distance plus grande En ce qui concerne la teneur en humidité, une force plus élevée est nécessaire pour déplacer une particule concernée d'une certaine taille lorsque la teneur en humidité est plus élevée. En ce qui concerne -la granulométrie, les particules plus larges ont tendance à conserver leur trajectoire initiale en traversant l'appareillage, tandis que les particules plus petites connaissent un déplacement plus prononcé en direction du cylindre de support Le volet mobile régla- ble (décrit plus en détail dans ce qui suit), constitue une méthode mécanique permettant de régler les propor- tions de flux entre les particules conductrices et non- conductrices En ce qui concerne le débit d'alimentation, l'efficacité globale de séparation décroît lorsque le débit d'alimentation est augmenté Par conséquent, une distribution uniforme sur toute la largeur du cylindre de support revêt une importance certaine. La figure 2 indique également les vecteurs de force résultants 44, 46 s'exerçant respectivement sur deux particules non-conductrices 43, 45, ces vecteurs résultant de la force verticale due à la gravitation et à la quantité de mouvement et à la force latérale due au bombardement ionique Ceci montre également comment la force résultante s'exerçant sur chaque particule est une fonction de leur vitesse et de leur position dans le champ de force ionique Leur vitesse est en partie -8- une fonction de l'angle auquel le tablier d'alimentation 14 achemine le matériau solide entrant sur la surface du cylindre de support Si l'angle est trop faible, le matériau solide heurtera la grille et engendra une usure nonsouhaitable des électrodes de décharge ionique Si l'angle est par contre trop élevé, le matériau solide, y compris les particules conductrices fines, aura tendan- ce à s'yaccumuler sur la surface du cylindre de support et à acquérir la même charge que le cylindre mis à la terre pour ainsi être réattiré par les électrodes de décharge ionique, réduisant ainsi l'efficacité de sépa- ration. Dans l'appareillage de la figure 1, les parti- cules non-conductrices raclées du cylindre de support 10 ou déversées endessous de celui-ci se déplacent le long de la trappe d'acheminement 40 supérieure vers le bas et en contournant la face arrière d'un second cylindre de support 12 qui se trouve disposé en-dessous du premier cylindre de support 10 Analoguement, les particules conductrices se déplacent le long de la trappe d'ache- minement 34 supérieure vers le bas et se déversent sur un second tablier d'alimentation 48 disposé en contrebas de manière à pouvoir-déverser les particules conductrices sur la surface du cadran supérieur du second cylindre de support 12 de manière analogue à laquelle le matériau solide entrant est déversé sur le cylindre de support 10. Une plaque à grille 30 est disposée autour des quadrants supérieur et inférieur de la face frontale du cylindre de support 12, et elle est espacée de la surface de celui-ci de manière à définir un espace dans lequel les particules tombantes sont exposées à une pluralité d'électrodes de déchargement ionique 26 ali- mentées par une source 17 de courant continu de haute tension de manière analogue à celle décrite relative au cylindre de support supérieur 10 et la plaque à grille supérieure 28. -9- La fraction de particules solides se déversant entre la plaque à grille 30 et le cylindre de support 12 et qui est constituâde la fraction de particules conduc- trices rejetées par le cylindre de support 10 renferme néanmoins une certaine proportion de particules non-con- ductrices qui n'ont pas pu être séparées dans l'étape précédente Par conséquent, sous l'influence de la dé- charge 27 à bombardement d'ions émanant des électrodes 26, toutes les particules non-conductrices retenues dans la fraction de particules conductrices précédente sont attirées en direction du cylindre de support 12, à la surface duquel elles adhérent et sont par la suite raclées par le racleur 19, ou au lieu d'adhérer à la surface du cylindre elles sont simplement déviées en raison de l'attraction exercée par le cylindre de support 12 qui est mis à la terre par le dispositif 13, et elles viennent se déverser à gauche du volet mobile réglable 23 En tout état de cause, elles tombent sur la trappe d'acheminement inférieure pour les particules non-conductrices 42 o elles sont réunies avec les particules nonconductrices séparées au préalable et se déversant le long de la trap- pe d'acheminement supérieure pour les particules non-con- ductrices 40 La fraction de particules solides renfermant avant tout des particules conductrices et étant de ce fait essentiellement'relativement peu affectée par le bombardement d'ions dans son cheminement depuis le cylin- dre d'appui 12 et dans sa trajectoirede chute libre se déplace le long de la trappe inférieure 35,se déversant finalement sur la trappe d'évacuation 50. Ainsi, les particules transportées par les trappes d'évacuation 42 et 50 pour les particules non- conductrices et conductrices respectivement sont à peu près entièrement séparées en deux fractions respectives, l'une constituée des particulesnon-conductrices et l'autre constituée des particules conductrices En dépo- sant initialement le flux de particules solides entrant sur la surface d'un cylindre de support et en lui per- - mettant après un laps de temps très court de tomber en chute libre sur une hauteur relativement grande tout en déferlant le long d'une pluralité d'électrodes de dé- chargement ionique aménagées au voisinage d'un côté de la surface périphérique du cylindre de support, les' particules conductrices se séparent des particules con- ductrices, et ces dernières sont soumises au processus de bombardement ionique pendant un laps de temps relativement prolongé Ce traitement prolongé, suivi d'une - deuxième étape de bombardement ionique analogue à la première, augmente considérablement le degré et l'effica- cité de la séparation des particules solides. il REVENDICATIONS: 1 Séparateur électrodynamique du type à bombar- dement d'ions permettant de séparer un flux de particules solides ( 20) en une fraction de particules conductrices ( 38) et une fraction de particules non-conductrices ( 36), le séparateur renfermant un cylindre de support( 10) mis à la terre et un tablier d'alimentation ( 14) acheminant le matériau solide, caractérisé en ce que le tablier d'alimentation ( 14) est construit et disposé de manière à déverser le matériau solide sur un quadrant-supérieur de la surface du cylindre de support ( 10); et caractérisé en ce qu'il renferme une plaque à grille ( 28) dotée d'une pluralité d'électrodes de décharge ionique ( 24) alimentées par une source de courantet disposées à une certaine distan- ce en vis-à-vis d'une portion de la surface périphérique du cylindre de support ( 10), définissant ainsi un espace permettant le passage des particules solides et le bom- bardement ionique de celles-ci pendant leur déplacement sur le cylindre de support ( 10) et pendant leur chute entamée dès qu'elles ont quitté la surface de support, gràce à quoi les particules solides sont soumises à un bombardement ionique sur une certaine hauteur de leur trajectoire au voisinage du cylindre de support ( 10) et à proximité des électrodes de décharge ionique, les particules solides non-conductrices recevant et gardant une charge ionique et étant par conséquent attirées par le cylindre de support ( 10), et les particules solides conductrices perdant ou dissipant toute charge qu'elles ont pu avoir reçue et continuant leur trajectoire de chute libre entamée dès le moment o elles passent sur le cylindre de support ( 10); et en ce qu'il renferme des moyens de séparation ( 22) disposés en-dessous de l'endroit o le matériau solide passe entre le cylindre de support ( 10) et les électrodes de décharge ionique ( 24), gràce auxquels la fraction non-conductrice des particules tombe d'un côté, et la fraction conductrice des particules tombe de l'autre côté des moyens de sépa- 12 - ration ( 22), pouvant ainsi être recueilliesséparément. 2 Séparateur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'orientation du tablier d'alimentation ( 14) peut être réglée de manière à ce que le matériau solide ne touche q 2 u'ne portion relativement faible de la surface périphérique du cylindre de support ( 10) avant que le matériau solide ( 20) quitte cette surface pour ensuite tomber en chute libre entre le cylindre d'appui ( 10) et les électrodes de décharge ionique ( 24). 3 Séparateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les électrodes de décharge ionique ( 24) sont reliées à une source de haute tension à courant con- tinu ( 16), gràce à quoi, les électrodes ( 24) engendrent un champ de force ionique entre elles-mêmes et la surface du cylindre de support ( 10). 4 Séparateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les électrodes de décharge ionique ( 24) sont aménagées dans une plaque à grille ( 28) située essentiellement en vis-à-vis de la surface périphérique du cylindre de support ( 10) et qui se prolonge dans le sens vertical, définissant ainsi un espace de bombardement ionique couvrant essentiellement une surface allant de l'endroit o le matériau solide ( 20) entre en contact avec le cylindre de support ( 10) jusqu'à l'endroit o les moyens de séparation ( 22) interceptent les particules en chute plus ou moins verticale. Séparateur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les moyens de séparation ( 22) renferment un volet mobile réglable. 6 Séparateur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il renferme de plus un second cylindre de support ( 12) mis à la terre et disposé en-dessous du premier cylindre de support ( 10) et permettant d'accueil- lir la fraction de particules conductrices ( 38) se déver- sant de celui-ci; une pluralité d'électrodes de décharge ionique ( 27) alimentées par une source de courant et disposées à une certaine distance en vis-à-vis de la sur- 13 - face périphérique du second cylindre de support ( 12), définissant ainsi un second espace permettant le passage de la fraction de particules conductrices reçues du premier cylindre de support ( 10) sur le cylindre de support ( 12), lesquelles particules solides sont soumises à un second bombardement ionique pendant leur passage sur le cylindre de support ( 12) et pendant leur trajec- toire qu'elles suivent après avoir quitté la surface de ce cylindre, de sorte que les particules non-conduc- trices ( 36) résiduaires reçoivent et gardent une charge ionique et sont attirées en direction de la surface du second cylindre de support ( 12) et les particules con- ductrices ( 38) continuent dans leur trajectoire de chute libre sous l'effet de la force de gravitation et de leur quantité de mouvement; et un second moyen de séparation ( 23) disposé en-dessous du second cylindre de support ( 12) et permettant d'intercepter séparément le flux de parti- cules non-conductrices ( 36) et le flux de particules conductrices ( 38), et permettant de recueillir ces deux fractions séparément. 7 Séparateur selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que le flux de particules non-conductrices issu du premier cylindre de support ( 10) et le flux de parti- cules non-conductrices issu du second cylindre de support ( 12) sont recueillies ensemble. Par procuration de BELOIT CORPORATION Le mandataire est R Baudin