Brevet FR2547213A1 — publié le 19841214

La présente invention concerne les techniques de concentration des matériaux et a notamment pour objet un séparateur magnétothydrostatique pour la séparation densimétrique des matériaux. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale à la séparation des rebuts et déchets de métaux non ferreux amagnétiques, ainsi qu'à la concentration des minerais de métaux non ferreux. En outre, l'invention peut etre appliquée dans d'autres domaines de la technique, par exemple pour séparer le verre, la céramique, les matières plastiques et d'autres matériaux amagnétiques contenus dans des mélanges. Ces dernières années, la teneur des minerais en constituants de valeur a fortement diminue, ce qui entralne une augmentation des volumes de minerais traités et, en conséquence, une élévation du coût des constituants de valeur. Ceci accroît la nécessité d'augmenter les quantités traitées de rebuts et déchets de métaux non ferreux. L'extension du traitement à divers genres de rebuts et déchets complexes de métaux non ferreux (rebuts d'automobiles, d'avions, de téléviseurs, de postes de radio, d'appareils électroniques, de matériel électroménager, de déchets d'alliages de cuivre et d'aluminium, etc.) a fait surgir le problème de la séparation des produits de concassage des rebuts, se composant de métaux non ferreux amagnétiques (Cu, Pb, Sn, Al, Zn, Mo, etc.); des déchets d'alliages de cuivre et d'aluminium, en genres de métaux ou systèmes d'alliages (alliages à taux dominant de l'un des métaux non ferreux) à partir desquels il serait possible d'élaborer des alliages d'une compostion déterminée. Les procédés traditionnels existants de concentration densimétrique des matériaux assurent une séparation ef f i- cace des matériaux d'une masse volumique ne dépassant pas 3 4.103 kg/m3. La séparation de métaux tels que le cuivre, le plomb, l'étain, le zinc, etc., d'une masse volumique bien plus grande que 4;103 kg/m3, par ces procédés s'avère impossible. A l'heure actuelle, on connaît un procédé de séparation densimétrique au sein d'un liquide ferromagnétique placé dans un champ magnétique hétérogène. Un tel procédé fait apparaître au sein du liquide une poussée verticale supplémentaire, permettant d'agir sur les matériaux amagnétiques qui s'y trouvent. Le liquide ferromagnétique peut être considéré comme étant un liquide "alourdi" jusqu'à une densité déterminée (quasi-densité). En faisant varier l'intensité du champ magnétique et les propriétés magnétiques du liquide ferromagnétique, on peut faire varier sa quasi-densité. Les séparateurs effectuant la séparation densimétrique des matériaux amagnétiques en exploitant "l'alourdissement" du liquide ferromagnétique par action d'un champ magnétique sont qualifiés de "magnétohydrostatiques". On connaît un séparateur magnétoydrostatique pour la concentration des minerais de métaux non ferreux et d'autres matériaux amagnétiques (certificat d'auteur d'invention URSS nO 671 847, cl. B03C 1/30, 1977), comprenant: un électroaimant avec des pièces polaires de profil hyperbolique, montées parallèlement l'une par rapport à l'autre, leur partie inférieure étant arrondie jusqu'à l'exponentielle, une chambre à fond amovible disposée entre lesdites pièces polaires, et un moyen de transport se trouvant sous la chambre. L'alimentation de l'enroulement de l'electro-aimant étant coupée, on remplit la chambre de liquide ferromagnétique.On branche l'enroulement de l'électroaimant et on y règle le courant à une intensité déterminée; le liquide ferromagnétique est alors maintenu dans la chambre entre les pièces polaires. Ceci fait, on enlève le fond de la chambre et on charge le matériau à traiter. La matière lourde ayant passé à travers la couchede liquide ferromagnétique est évacuée par le moyen de transport, tandis que la matière légère est enlevée de la surface du liquide ferromagnétique. Un inconvénient de ce séparateur est l'entraine- ment du liquide ferromagnétique dans la zone ou le gradient d'intensité du champ magnétique est maximal, avec formation d'une "poche" de liquide ferromagnétique au centre de la partie inférieure de la chambre, sous les pièces polaires. L'augmentation du volume de liquide ferromagnétique dans la chambre augmente le volume de la "poche", sas auamenter l'épaisseur de la couche de liquide ferromagnétique dans la zone de séparation. Ce phénomène est aussi dû à la pression hydrostatique de la couche de liquide ferromagnétique. Le liquide ferromagnétique se trouvant dans la "poche" ne participe pas à la séparation du matériau, il contribue seulement à son propre entrain ment en surplus hors de la chambre, en commun avec. la matière lourde. On connaît aussi un séparateur magnétohydrostatique (certificat d'auteur d'invention URSS nO 671 848, classe B03C 3/02, 1977) comprenant un circuit électromagnétique à pièces polaires de profil hyperbolique disposées en gradins dans le plan horizontal, une chambre sans fond disposée entre les pièces polaires, un dispositif de chargement et un dispositif de déchargement.-Le dispositif de chargement est monté au-dessus de la chambre, dans la partie étroite de l'écartement interpolaire, et la distance entre les pièces polaires augmente en gradins le long de la chambre à partir de la zone de chargement.Après branchement du circuit électromagnétique, la chambre est remplie de liquide ferromagnétique, puis le matériau à traiter y est admis Etant donné la quasi-densité du liquide ferromagnétique diminue par gradins de la partie étroite de l'écartement interpolaire à sa partie la plus large, le matériau à traiter est séparé dans la chambre en plusieurs parties d'après la masse volumique de la matière. La matière la plus lourde est séparée au commencement de la zone de séparation venant après la zone de chargement, et les matières plus légères sont séparées, au fur et à mesure de la diminution de la masse volumique des particules, dans les zones de séparation suivantes. Un inconvénient du séparateur qui vient d'être décrit est l'entraînement du liquide ferromagnétique dans la zone où le gradient d'intensité du champ magnétique est maximal, c'est-à-dire dans la partie étroite de l'ecarte- ment interpolaire, avec formation d'une "poche" de liquide ferromagnétique sous les pièces polaires au commencement de la zone de séparation. Ceci est aussi favorise par la pression hydrostatique du liquide ferromagnétique lui-même. L'épaisseur de la couche de liquide ferromagnétique diminue dans les autres zones de séparation de la chambre, au fur et à mesure que la largeur de l'écartement interpolaire augmente. L'augmentation de la quantité de liquide ferromagnétique ne fait qu'augmenter le volume de la "poche". Le liquide se trouvant dans la "poche" ne participe pas à la séparation, il contribue seulement à l'augmentation de son entraînement hors de la chambre avec la matière lourde. On connaît aussi un séparateur magnétohydrostatique pour la séparation densimétrique de matériaux amagnétiques au sein d'un liquide ferromagnétique (brevet des Etats Unis d'Amérique nO 3 483 969, Int. Cl. B03C 1/01, B03C 13/01, 1967), comprenant un circuit électromagnétique fermé avec des pièces polaires dans l'entrefer, entre lesquelles est placée une chambre sans fond. Une auge d'alimentation est disposée dans la partie étroite de la chambre, et un collecteur des fractions séparées du matériau est placé sous la chambre. Des cloisons verticales disposées dans le collec teur s'engagent dans la chambre par le bas.Les surfaces en vis-à-vis des pièces polaires sont inclinées par rapport au plan vertical, afin de créer un gradient vertical d'intensité du champ magnétique allant de haut en bas, et s'écartent dans le plan horizontal au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'auge d'alimentation, afin de créer un gradient horizontal d'intensité du champ magnétique allant dans la direction du rapprochement de l'auge. Le circuit électromagnétique étant branché, on verse le liquide ferromagnétique dans la chambre. Le produit à traiter arrive par l'auge d'alimentation dans la partie étroite de la chambre.La quasi densite du liquide ferromagnétique augmente dans le plan vertical au fur et à mesure que l'épaisseur de la couche de liquide ferromagnétique augmente dans la chambre, et elle diminue dans la direction horizontale au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la partie étroite de l'écartement interpolaire. Dans la chambre, le matériau à traiter est séparé en une série de fractions, qui sont déchargées dans le collecteur entre les cloisons verticales. Au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la zone de chargement du matériau à traiter, la masse volumique des matières séparées entre les cloisons diminue. Un inconvénient notable dru séparateur décrit est l'entrainement du liquide ferromagnétique dans la zone à gradient maximal d'intensité du champ magnétique et son affaissement dans cette zone (zone de chargement du matériau à traiter) avec formation d'une "poche" sous les pièces polaires. Ceci est aussi favorisé par la pression hydrostatique de la couche de liquide ferromagnétique dans la chambre. Il s'ensuit que l'épaisseur de la couche de liquide ferromagnétique diminue dans la chambre au fur et à mesure que l'on stéloigne de la zone de chargement du matériau à traiter le long de la chambre, ce qui abaisse l'efficacité de la séparation des particules les plus légères du matériau à traiter.L'augmentation du volume de liquide ferromagnétique ne fait qu'augmenter le volume de la "poche" et le liquide ferromagnétique ajouté ne participe pas au processus de séparation. La fraction lourde du matériau à traiter qui est déchargée à travers la "poche" de liquide ferromagnétique entraîne à l'extérieur un excès de liquide ferromagnétique. En outre, dans la zone de chargement du matériau à traiter, les fractions légères de ce matériau se mêlent partiellement à la fraction lourde, ce qui est dû à l'influence exercée sur la trajectoire des particules légères par les distorsions du champ magnétique auprès des surfaces en bout des pièces polaires. Le but de l'invention est de supprimer les inconve- nients indiquées. On s'est donc proposé de créer un séparateur magné tohydrostatique qui serait conçu de manière à permettre de retenir le liquide ferromagnétique dans la zone de séparation pendant la séparation du matériau à traiter. La solution consiste en un séparateur magnétohydrostatique comprenant un circuit électromagnétique avec des pièces polaires disposées sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, dans l'écartement entre lesquelles est disposée une chambre recevant un liquide ferromagnétique retenu par le champ magnétique créé par le circuit électromagnétique, et un alimentateur amenant dans la chambre le matériau à traiter, ledit séparateur étant caractérisé, d'après l'invention, en ce qu'il est prévu un coin placé dans la zone de pression hydrostatique maximale du liquide ferromagnétique, sur toute la largeur de la chambre, et dont le sommet est orienté vers le haut et disposé en travers de la chambre. Le séparateur de conception proposée permet de supprimer l'effet d'affaissement du liquide ferromagnétique avec formation d'une "poche", grâce au montage du coin dans la zone où l'affaissement du liquide ferromagnétique est maximal. Le montage du coin permet de modifier la distribution du liquide ferromagnétique, en transférant de la partie inférieure de la chambre à sa partie supérieure un volume de liquide égal au volume du coin, d'accroître la couche de liquide ferromagnétique dans la zone de séparation du matériau à traiter et, de la sorte, d'augmenter le volume de la zone de séparation, ce qui assure un accroissement de l'efficacité de la séparation.Au cours de la séparation du liquide ferromagnétique dans la chambre du séparateur, la surface extérieure du coin sert d'appui au liquide ferromagnétique dans la zone où le gradient d'intensité du champ magnétique de valeur maximale fait que la pression hydrostatique du liquide ferromagnétique est maximale sur la surface extérieure du coin. Ceci entrave la formation de la "poche" de liquide ferromagnétique sous les pièces polaires, au-delà des limites de la zone de séparation. Il est avantageux que le sommet du coin soit disposé parallèlement à la surface supérieure du liquide ferromag nétique dans la chambre. Une telle disposition du coin assure une séparation maximale des particules d'une fraction d'avec le matériau à traiter. Si le sommet du coin n'est pas parallèle à la surface supérieure du liquide ferromagnétique, des particules lourdes peuvent se mêler à la fraction légère lors de la séparation de particules de masses volumiques proches, quand leurs trajectoires de sédimentation ne diffèrent que d'une manière insignifiante dans le plan vertical. Suivant l'une des variantes de réalisation de l'invention, quand les pièces polaires sont divergentes dans le plan vertical et dans le plan horizontal, ou bien seulement dans le plan horizontal, le coin est équipé d'un régulateur de longueur de la zone de séparation de la fraction lourde. Le régulateur est réalisé sous forme d'une plaque montée sur le coin de façon qu'elle puisse coulisser sur sa face la plus éloignée de l'alimentateur. Le régulateur permet de modifier la longueur ae la zone de séparation des matières lourdes, ce qui accroît encore plus l'efficacité du processus de séparation. Dans cette variante de réalisation de l'invention, l'alimentateur est monté au-dessus de la chambre, dans la partie étroite des pièces polaires. Il est avantageux de monter un guide sous l'alimentateur. Quand l'alimentateur fonctionne, il apparaît dans la partie étroite des pièces polaires une pousse horizontale résultant de la distorsion du champ magnétique auprès des bouts des pièces polaires. En l'absence de guide-, une partie de la fraction légère du matériau à traiter, arrivant dans le liquide ferromagnétique à partir de l'auge de l'alimentateur, est entraînée par cette poussée sous l'alimentateur et va au collecteur de fraction lourde, ce qui abaisse notablement l'efficacité du processus de séparation du matériau à traiter. L'emploi du guide crée les conditions pour la circulation du matériau à traiter le long de la chambre, exclut le passage d'une partie de la fraction légère du matériau à traiter dans la fraction lourde. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif , avec références au dessin non limitatif annexé dans lequel: - la figure 1 représente-le schéma de principe du séparateur magnétohydrostatique (vue axonométrique); - la figure 2 représente le séparateur magnetohydros- tatique (coupe longitudinale). Le séparateur magnétohydrostatique faisant l'objet de l'invention comprend un système électromagnétique avec des pièces polaires 1 (figure 1) de profil hyperbolique, divergentes dans le plan horizontal et réalisées en matériau ferromagnétique (par exemple en acier). Dans l'écartement entre les pièces polaires 1 est -placée une chambre 2 recevant un liquide ferromagnétique 3. La chambre 2 est constituée par deux parois montées en image-miroir, solidarisées entre elles par un coin 4 qui est placé dans la chambre 2, dans une zone déterminée par calcul. Le coin 4 est disposé sur toute ia largeur de la chambre 2, de telle façon que ses tranches contactent intimement les parois opposées de la chambre 2.Le sommet du coin 4 est orienté vers le haut, parallèle à la surface supérieure du liquide ferromagnétique 3 et disposé en travers de la chambre 2. Pour alimenter la chambre 2 en matériau à traiter, le séparateur comporte un alimentateur 5 réalisé sous forme d'une auge montée à la partie supérieure de la chambre 2, dans la partie étroite de l'écartement interpolaire. Le séparateur est équipé d'un régulateur de longueur de la zone de séparation de la fraction solide du matériau à traiter, réalisé sous forme d'une plaque 6 (figure 2) montée dans des glissières 7 sur la face du coin 4 la plus éloignée de l'alimentateur 5, de façon qu'elle puisse coulisser le long de cette face. Sous l'alimentateur 5 est monté un guide 8 constitué par une plaque qui est fixée à l'intérieur de la chambre 2 sous un angle de 40 à 450 par rapport à la verticale. Sur la surface intérieure des parois de la chambre 2 il y a des glissières 9 fixées parallèlement à la face du coin 4 la plus éloignée de l'alimentateur 5. Les glissières 9 reçoivent des plaques 10 de cloisonnement qui peuvent coulisser. Les distances entre les plaques 10 déterminent la longueur des zones intermédiaires de séparation du matériau à traiter. Tous les éléments mentionnés du séparateur sont réalisées en matériau amagnétique, par exemple en laiton, cuivre, acier inoxydable, matière plastique, verre organique. Le circuit ferromagnétique du séparateur se présente sou s forme d'un étrier moulé en forme de C, portant des enroulements d'excitation (non représentés sur la figure). On peut utiliser, par exemple, le circuit électromagnétique des séparateurs magnétiques de fer connus d'une puissance allant jusqu'à 5 kw. Les pièces polaires 1 sont réalisées individuellement et sont montées sur le circuit électromagnétique du type-choisi. Le séparateur magnétohydrostatique faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. Les enroulements du circuit électromagnétique sont mis sous une tension continue de 110 ou 220 V, selon leur couplage. Après branchement du circuit électromagnétique, on règle à la valeur nécessaire le courant circulant dans les enroulements et on remplit la chambre 2 de liquide ferromagnétique 3. Le liquide ferromagnétique 3 est une solution colloïdale de particules ferromagnétiques-d'une grosseur de o 80 à 100 A dans du kérogène, stabilisée par de l'acide oléique. La densité du liquide ferromagnétique nécessaire à la concentration des métaux non ferreux légers est de 3 (0,92 à 0,98). 103 kg/m3, et sa magnétisation s'élève à 8-10 kA/m. L'intensité du champ magnétique dans la partie étroite des pièces polaires 1 est de 300 à 350 kA/m. Le gradient d'intensité du champ magnétique suivant la hauteur des pièces polaires 1 est de 1500 à 2000 kA/m2. Le coin 4 est monté dans la chambre 2, dans la zone où le gradient d'intensité du champ magnétique et la pression hydrostatique de la couche de liquide ferromagnétique sont maximaux (zone d'affaissement maximal du liquide ferromagnétique). Grâce au coin 4, un volume de liquide ferromagnétique 3 égal au volume du coin 4 plongé dans le liquide ferroma gnétiaue 3 se trouve transféré de la partie inférieure de l'écartement interpolaire à sa partie supérieure. L'alimentateur 5 débite le matériau à traiter dans la chambre 2. Le guide 8 prévient le passage d'une certaine quantité de fraction légère du matériau à traiter dans la fraction lourde, car, dans la partie en bout, il appa ravit au sein du liquide ferromagnétique 3p entre les pièces polaires 1, une poussée horizontale dirigée vers llalimen- tateur 5. La matière lourde descend dans le liduide ferromagnétique 3; elle est arrêtée par la plaque 6, se déplace suivant la face du coin 4 la plus proche de l'alimentateur 5 et sort de la chambre 2. Les fractions plus légères du matériau à traiter se répartissent dans le liquide ferromagnétique 3 et à sa surface, en accord avec leurs masses volumiques et la quasi-densité du liquide ferromagnétique 3 se trouvant dans la chambre 2. L'extraction des frac tionsintermédiaires du matériau à traiter s'effectue entre les cloisons 10, dont on détermine l'espacement efficace et la disposition suivant la hauteur de la chambre 2 au. cours de l'opération de séparation du matériau en fractions. L'angle d'inclinaison des faces du coin 4 est choisi de façon à assurer l'autodéchargement continu des produits de séparation et sa valeur pour les rebuts et déchets de métaux non ferreux est de 500 à 600 par rapport au plan vertical. Le choix de l'angle d'inclinaison des cloisons 10 et des glissières 9 s'effectue en partant des mêmes conditions. Les essais d'un prototype du séparateur magnétohydrostatique ont montré que l'épaisseur de la couche de liquide ferromagnétique dans la zone de séparation des fractions les plus légères du matériau à traiter augmente de 12 à 15 %, et que le volume de la "poche" de liquide ferromagnétique dans la zone de déchargement de a fraction lourde diminue de 40 à 50 %. il en résulte un accroissement de l'efficacité de séparation des fractions les plus légères, une diminution de la quantité de liquide entraînée à l'extérieur avec la fraction lourde du matériau à traiter.Ainsi, dans la séparation d'un mélange constitué par des déchets d'alliages d'aluminium des systèmes Al-Mg, Al-Cu-Si et Al-Zn, le taux de pollution réciproque des produits de la séparation a diminué de 2,5 à 1,5 %, et la quantité de liquide ferromagnétique entraînée à 1' 'extérieur par les produits de la séparation, qui était de 9 à 12 % par tonne de produit traité, a été abaissée jusqu'à 6 - 8 %. Si le coin 4 est utilisé dans des séparateurs magnétohydrostatiques à suspension libre du liquide ferromagnétique dans le champ magnétique d'autres conceptions, il doit aussi être monté dans la zone d'affaissement maximal du liquide ferromagnétique (là où le gradient d'intensif du champ magnétique et la pression hydrostatique du liquide ferromagnétique sont maximaux). On modifie ainsi la répartition du liquide ferromagnétique dans la chambre, de telle sorte que le volume de liquide augmente dans la zone de séparation, ce qui accroît l'efficacité du processus de séparation. REVENDICATIONS 1, Séparateur magnétohydrostatique, comprenant un circuit électromagnétique comprenant des pièces polaires (1) disposées sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, et dans l'écartement entre lesquelles se trouve une chambre (2) recevant un liquide ferromagnétique retenu par le champ magnétique créé par le circuit électromagnétique, et un alimentateur (5) alimentant la chambre t2) en matériau à traiter, caractérisé en ce qu'il comporte un coin (4) placé dans la zone de pression hydrostatique maximale du liquide ferromagnétique, suivant toute la largeur de la chambre, et dont le sommet est orienté vers le haut et disposé en travers de la chambre (2). 2. Séparateur magnétohydrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sommet du coin (4) est disposé parallèlement à la surface supérieure du liquide ferromagnétique dans la chambre (2). 3. Séparateur magnétohydrostatique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le coin (4) est équipé d'un régulateur de la longueur de la zone de séparation de la fraction lourde, réalisé sous forme d'une plaque (6) montée sur le coin (4) de façon qu'elle puisse se déplacer en va-et-vient le long de sa face la plus éloignée de l'alimentateur (5). 4. Séparateur magnétohydrostatique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un guide (8) monté au-dessous de l'alimentateur (5).