Brevet FR2550468A1 — publié le 19850215

La présente invention concerne les techniques de concentration des matériaux et a notamment pour objet un séparateur magnétohydrostatique pour la séparation densimétrique des matériaux amagnétiques. 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 être appliquée dans d'autres domaines de la technique, par exemple pour séparer le verre, les céramiques, les matières plastiques, les porcelaines et d'autres matériaux amagnétiques mélangés avec des impuretés. L'extension des techniques de traitement de 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 câbles à gaine de plomb et à conducteurs en aluminium ou en cuivre, etc.), pose le problème de la séparation des mélanges de produits de concassage de rebuts ou des mélanges de morceaux, fragments ou particules de déchets, se composant de métaux non ferreux amagnétiques (Cu, Pb, Sn, Al, Zn, Mo, laitons, brasures, soudures, etc.), suivant les différents genres de métaux concernés. Les procédés traditionnels de concentration densimétrique des matériaux assurent une séparation efficace des matériaux de densité ne dépassant pas 4.103 kg/m3 . La séparation de métaux tels que le cuivre, le plomb, l'étain, le zinc, etc., d'une densité plus grande que 4.103 kg/m3 par ces procédés s'avère impossible. A l'heure actuelle, on connais un procédé de séparation densimétrique de matériaux au sein d'un liquide magnétique dans lequel est engendré un champ magnétique continu non uniforme. 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 magnétique peut être considéré dans ce cas comme étant un liquide "alourdi", jusqu'à une densité déterminée (quasi-densité). La quasi-densité d'un liquide magnétique se trouvant dans le champ magnétique non uniforme d'un séparateur à gradient vertical d'intensité du champ magnétique se détermine d'après la formule / > '=/î grad H étant la densité physique du liquide magnétique, la , s la constante magnétique, égale à 4Tt.10 7H/m, M , la magnétisation moyenne du liquide magnétique dans la zone de séparation, grad H, le gradient d'intensité du champ magnétique dans la zone de séparation, g , l'accélération de la pesanteur En faisant varier l'intensité du champ magnétique et les propriétés magnétiques du liquide magnétique, on peut faire varier la valeur et la distribution de sa quasi-densité dans la zone de séparation du séparateur. La valeur de la quasi-densité dépend principalement de l'intensité du champ magnétique et des propriétés magnétiques du liquide magnétique; la distribution de la quasi-densité dépend du gradient d'intensité du champ magnétique. Les séparateurs effectuant la séparation densimétrique des matériaux amagnétiques en exploitant "l'alourdissement" d'un liquide magnétique par action d'un champ magnétique sont appelés "séparateurs magnétohydrostatiques". On connaît un séparateur magnétohydrostatique pour la séparation densimétrique de matériaux amagnétiques au sein d'un liquide ferromagnétique (brevet Etats-Unis d'Amérique N 3 483 969, Int. Cl. B03C 1/01, BO3C 13/01, 1967);comprennent un système électromagnétique fermé comportant des pièces polaires dans l'entrefer desquelles est placée une chambre sans fond. Un chenal d'alimentation est disposé 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 collecteur 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 de champ magnétique, allant en augmentant de haut en bas, et s'écartent dans le plan horizontal au fur et à mesure que l'on s'éloigne du chenal d'alimentation, afin de créer un gradient horizontal d'intensité de champ magnétique, allant en augmentant au fur et à mesure que l'on se rapproche du chenal. Le système électromagnétique étant branché, on verse le liquide ferromagnétique dans la chambre. Le produit à traiter arrive par le chenal d'alimentation dans la partie étroite de la chambre.La quasi-densité 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, ét 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 traiter, la densité des fractions séparées entre les cloisons diminue. Un inconvénient de ce séparateur est l'impossibilité de changer le gradient d'intensité du champ magnétique dans la zone de séparation, tant dans le plan vertical que dans le plan horizontal. Il en résulte l'impossibilité de modifier la distribution de la quasidensité du liquide ferromagnétique versé dans la chambre quand on passe à la séparation de matériaux à traiter du même genre, ou d'autres genres, ayant une composition en fractions densimétriques différant de celle pour laquelle a été conçue la forme de la surface des pièces polaires. On connatt aussi un séparateur magnétohydrostatique (certificat d'auteur URSS NO 671 848, classe B03C 3/02, 1977), comprenant un système électromagnétique à pièces polaires de profil hyperboliqme disposées en gradins dans le plan horizontal, une chambre en matériau amagnétique 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 système électromagnétique du séparateur, la chambre est remplie de liquide ferromagnétique, puis le matériau à traiter y est admis. Vu que la quasi-densité du liquide ferromagnétique diminue par gradins de la partie étroite de l'écartement interpolaire à sa partie plus large, le matériau à traiter est séparé dans la chambre en plusieurs fractions. La fraction la plus lourde est séparé au commencement de la zone 'de séparation venant après la zone de chargement, et les fractions plus légères sont séparées au fur et à mesure de la diminution de la densité des particules dans les zones de séparation suivantes. Un inconvénient de ce séparateur est lzimpossi- bilité de changer le gradient d'intensité du champ magnétique dans la chambre, à chacun des gradins des pièces polaires. Il en résulte que, dans ce séparateur aussi, il est impossible de modifier la distribution de la quasi-densité du liquide ferromagnétique versé dans la chambre quand on passe à la séparation de matériaux à traiter du même genre, ou d'autres genres, ayant une composition en fractions densimétriques différant de celle pour laquelle a été conçue la forme des gradins des pièces polaires du séparateur. On connait aussi un séparateur magnétohydrostatique pour la concentration de minerais de métaux non ferreux et d'autres matériaux amagnétiques (certificat d'auteur URSS NO 671 847, Cl. B03C 1/30, 1977), comprenant un système électromagnétique avec des pièces polaires de profil hyperbolique, montées parallèlement l'une à l'autre, leur partie inférieure étant arrondie suivant une fonction exponentielle, une chambre à fond amovible, disposée entre les pièces polaires, et un moyen de transport se trouvant sous la chambre. L'enroulement de l'électroaimant n'étant pas alimenté, on remplit la chambre de liquide ferromagnétique. On branche l'enroulement d'excitation 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 fraction lourde ayant passé à travers la couche de liquide ferromagnétique est évacuée par le moyen de transport, tandis que la fraction légère est enlevée de la surface du liquide ferromagnétique. Un inconvénient notable du séparateur qui vient d'être décrit est l'impossibilité de changer le gradient d'intensité du champ magnétique dans la chambre. Il en résulte que, dans ce séparateur aussi, il est impossible de modifier la distribution de la quasi-densité du liquide ferromagnétique dans la zone de séparation quand on passe à la séparation d'un matériau à traiter du même genre, ou d'un autre genre, ayant une composition en fractions densimétriques différant de celle pour laquelle a été conçu le profil hyperbolique des pièces polaires. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est donc proposé de créer un séparateur magnétohydrostatique conçu de manière à permettre de modifier la distribution de la quasi-densité du liquide magnétique dans la zone de séparation, en fonction de la composition du matériau à traiter en fractions densimétriques. La solution consiste en un séparateur magnétohydrostatique, comprenant un système électromagnétique à pièces polaires disposées sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, une chambre pour le liquide magnétique, placée dans l'écartement interpolaire dudit système électromagnétique, et des dispositifs pour le chargement du matériau à traiter dans la chambre et le déchargement des fractions séparées, séparateur dans lequel, d'après l'invention, au moins l'une des pièces polaires est réalisée composite, en deux parties, dont l'une, celle adjacente à l'écartement interpolaire, est montée de façon qu'elle puisse tourner par rapport à l'autre pour changer l'angle entre les pièces polaires dans leur action transversale. Une telle conception du séparateur permet de changer le gradient d'intensité du champ magnétique dans la zone de séparation et, par conséquent, de modifier la distribution de la quasi-densité du liquide magnétique dans la chambre, ce qui rend possible la séparation du matériau à composition en fractions densimétriques variable, élargit les possibilités technologiques du séparateur et accroit l'efficacité de la séparation du matériau à traiter. Dans une variante préférentielle de réalisation de l'invention, les deux parties de la pièce polaire ont, à leur joint, des surfaces cylindriques parallèles l'une à l'autre, la surface cylindrique de l'une des parties étant convexe, et celle de l'autre,concave. La réalisation des parties des pièces polaires avec des surfaces cylindriques à leurs joints permet d'avoir un jeu minimal au joint et d'assurer le réglage continu du gradient d'intensité du champ magnétique dans l'écartement interpolaire du séparateur. Il est avantageux de prévoir un moyen pour le réglage de la position angulaire de l'une des parties de chacune des pièces polaires, celle adjacente à l'écartement interpolaire, par rapport à l'autre partie. Un tel moyen permet d'exécuter le réglage du gradient d'intensité du champ magnétique du séparateur avec des dépenses de temps et des efforts physiques minimaux. 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'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente le schéma de principe du séparateur magnétohydrostatique conforme à l'invention; - la figure 2 représente le moyen pour le réglage de la position angulaire de l'une des parties de la pièce polaire par rapport à l'autre. Le séparateur magnétohydrostatique faisant l'objet de l'invention comprend un système électromagnétique comprenant des pièces polaires 1 (figure 1). Au moins l'une des pièces polaires est réalisée composite, en deux parties 2 et 3. La partie 2 est réalisée sous la forme d'une barre et a une surface cylindrique concave. La partie 3 est elle aussi réalisée sous la forme d'une barre èt, du côté de l'écartement interpolaire, elle a une surface hyperbolique, tandis que du côté opposé elle a'une surface cylindrique convexe. Les parties 2 et 3 sont jointes par leurs surfaces cylindriques respectivement concave et convexe, parallèles l'une à l'autre. Entre les pièces polaires est placée une chambre 4 en matériau amagnétique (cuivre, aluminium, verre organique, etc.), recevant le liquide ferromagnétique. Sur leurs parois en bout, les parties 3 portent un moyen pour le réglage de leur position angulaire par rapport aux parties 2. Ce moyen comprend une plaque 5 (figure 2) montée fixe sur la partie 3 de la pièce polaire 1. La plaque 5 a une saillie 6, une rainure 7 en arc de cercle et une poignée 8. Elle est liée à la partie 2 par un goujon 9 et un écrou 10, ledit goujon étant fixé dans la partie 2 et engagé dans la rainure 7 en arc de cercle. La partie 2 porte une échelle 11 qui est disposée le long de la trajectoire de la saillie 6. La plaque 5 est réalisée en matériau amagnétique (par exemple en cuivre, acier inoxydable). Les parties 2 et 3 des pièces polaires 1 sont réalisées en matériau ferromagnétique (par exemple en acier). Le séparateur est équipé de dispositifs connus pour le chargement du matériau à traiter et le déchargement des fractions séparées (non représentés sur les figures). Le système électromagnétique du séparateur est constitué par un étrier moulé en forme de C, portant des enroulements d'excitation (non représenté sur la figure). On peut utiliser, par exemple, le système électromagnétique des séparateurs magnétiques de fer connus d'une puissance jusqu'à 5 kW. Les pièces polaires 1 sont réalisées individuellement et sont montées sur le système électromagnétique choisi. Le séparateur magnétohydrostatique faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante. Les enroulements d'excitation du système électromagnétique sont mis sous une tension continue de 110 ou 220 V, selon leur couplage. Après branchement du système électromagnétique, on règle à la valeur nécessaire le courant circulant dans les enroulements d'excitation et on remplit la chambre 4 de liquide ferromagnétique. Le liquide ferromagnétique est une solution colloïdale de matériaux ferromagnétiques o d'une grosseur de 8 à 10.10 3 > Jb ou 80 à -100 A dans du kérosène, les matériaux ferromagnétiques étant-stabilisés par de l'acide oléique. Les parties 2 des pièces polaires 1 sont mises en position médiane, permettant leur rotation par rapport aux parties 2 dans un sens ou dans l'autre. Le matériau à traiter est chargé dans la chambre à l'aide de dispositifs connus, par exemple d'un chenal d'alimentation. Les fractions séparées sont aussi évacuées à l'aide de dispositifs connus; par exemple, on monte sous la chambre 4 un collecteur avec des cloisons qui s'engagent dans le liquide ferromagnétique, de façon que les différentes fractions séparées du matériau à traiter s'amassent dans le collecteur entre les cloisons. D'après les données de l'analyse rapide des fractions séparées, on choisit la la position des parties 3 des pièces polaires 1 par rapport à leurs parties 2, correspondant aux meilleurs résultats de la séparation. Pour cela, on desserre l'écrou 10, puis, à l'aide de la poignée 8, on fait tourner chacune des parties 3 par rapport à chacune des parties 2 des pièces polaires 1 d'un même angle dans un sens ou dans l'autre. Ensuite on bloque les parties 3 dans leur nouvelle position par rapport aux parties 2 à l'aide de l'écrou 10. Quand les meilleurs résultats sont obtenus, on note la position de la saillie 6 sur l'échelle 11. A la réception d'un matériau à traiter ayant une autre composition en fractions densimétriques, on refait le réglage de la position des parties 3 par rapport aux parties 2, de façon à obtenir une nouvelle distribution de la quasidensité du liquide ferromagnétique dans la chambre 4, correspondant aux meilleurs résultats de la sépara-tion du matériau à traiter considéré. On note la nouvelle position de la saillie 6 sur l'échelle 11.Ensuite, ayant les données sur la composition du matériau à traiter en fractions densimétriques, on peut obtenir les meilleurs résultats de la séparation en mettant les parties 3 dans la position voulue par rapport aux parties 2 par déplacement de la saillie 6 sur l'échelle Il jusqu'à la position nécessaire, d'après les données statistiques des mesures effectuées. Les essais du séparateur magnétohydrostatique ont montré que, comparativement aux séparateurs connus, il présente les avantages suivants - en cas de séparation d'un mélange de déchets de métaux non ferreux ou de produits résultant du concassage de rebuts de métaux non ferreux à -densités de valeurs proches, tels que les alliages d'aluminium des systèmes Al-Zn, Al-Mg, Al-Cu-Si, dans lequel la proportion des systèmes (composition en fractions densimétriques) oscille dans de larges limites, l'interpollution des fractions séparées diminue jusqu'à 1,5-1,Wo au lieu des 2,5-2,8% obtenus avec les séparateurs connus;; - en cas de séparation de mélanges de métaux non ferreux tels que ceux d'aluminium et de plomb, de cuivre et de plomb, de cuivre et d'aluminium, le taux d'aluminium dans la fraction lourde diminue jusqu'à 0,16-0,20 %, au lieu des 0,4-0,65 % obtenus dans les séparateurs connus, et le taux de cuivre dans la fraction lourde de matériau à traiter diminue jusqu'à 0,28-0,45 %, au lieu des 0,8-1,0 % obtenus dans les séparateurs connus - l'application du séparateur faisant l'objet de l'invention est particulièrement prometteuse quand les constituants du matériau à traiter ont des densités de valeurs proches et quand il est nécessaire de séparer plusieurs fractions du matériau à traiter - le temps dépensé pour faire tourner les parties 3 par rapport aux parties 2 est extremement court, car le moyen pour régler la position angulaire des parties 3 est de conception simple. De la sorte, le séparateur faisant l'objet de l'invention permet d'effectuer la séparation dans une large gamme de densités du matériau à traiter. La quasi-densité du liquide ferromagnétique dans la chambre se règle soit par variation du courant dans les enroulements d'excitation du séparateur, soit par variation des propriétés magnétiques du liquide ferromagnétique, et la distribution de la quasidensité choisie suivant la hauteur de la zone de séparation peut être modifiée dans une plage de petite étendue, par changement de la position des parties 3 des pièces polaires par rapport à leurs parties 2. Dans le séparateur conforme à l'invention (figures 1 et 2),le rayon de la surface cylindrique convexe des parties 2 est égal à la moitié de la hauteur des pièces polaires. Dans ce cas, la rotation des parties 3 par rapport aux parties 2 provoque un certain changement de l'écartement interpolaire. On comprend que, si l'on veut que l'écartement interpolaire entre les parties 3 opposées reste inchangé, le centre de la surface cylindrique doit être situé en un point se trouvant sur la partie la plus saillante du profil hyperbolique de la partie 3, du côté de l'écartement interpolaire. Les pièces polaires 1 constituées par deux parties 2 et 3 dont les surfaces cylindriques sont parallèles l'une à l'autre, peuvent aussi être utilisées dans des séparateurs magnétohydrostatiques d'autres conceptions. Les parties tournantes 3 des pièces polaires 1 peuvent être disposées non seulment dans le plan horizontal, mais aussi dans d'autres plans. Elles peuvent être disposées non seulement de façon qu'elles soient parallèles l'une à l'autre, mais aussi suivant des lignes divergentes. La surface des parties 3 des pièces polaires 1 se trouvant du côté de l'écartement interpolaire peut ne pas être de profil hyperbolique. La surface cylindrique de la partie 3 peut être réalisée concave, et la surface cylindrique de la partie 2, bombée. Il va de soi que pour la rotation de la partie 3 par rapport à la partie 2, on peut utiliser tout système connu permettant de changer l'angle entre les pièces polaires 1 dans leur section transversale. La chambre du séparateur magnétohydrostatique peut être remplie non seulement de liquide ferromagnétique, mais aussi d'autres liquides magnétiques, par exemple de liquidesparamagnétiques, de solutions de sels de fer, d'éléments des terres rares, etc. REVENDICATIONS 1.- Séparateur magnétohydrostatique, comprenant un système électromagnétique à pièces polaires (1) disposées sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, une chambre (4) pour le liquide magnétique placée dans l'écartement interpolaire dudit système électromagnétique, et des dispositifs pour le chargement du matériau à traiter dans la chambre (4) et le déchargement des fractions séparées, caractérisé en ce qu'au moins l'une des pièces polaires (1) est réalisée composite, en deux parties (2, 3), dont l'une , la partie (3) adjacente à l'écartement interpolaire, est montée de façon qu'elle puisse tourner par rapport à l'autre (la partie 2) pour changer l'angle entre les sections transversales respectives des pièces polaires (1). 2.- Séparateur magnétohydrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux parties (2, 3) de la pièce polaire (1) ont, à leur joint, des surfaces cylindriques parallèles l'une à l'autre, la surface cylindrique de la partie (3) étant convexe, et celle de la partie (2), concave. 3.- Séparateur magnétohydrostatique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen pour le réglage de la position angulaire de la partie (3) de chacune des pièces polaires (1), celle adjacente à l'écartement interpolaire, par rapport à l'autre partie (2).