Brevet FR2655881A1 — publié le 19910621

La présente invention a trait aux séparateurs magnétiques à haute intensité travaillant en humide et constitués par au moins une chambre de séparation traversée de haut en bas par le produit à traiter, sous forme de liquide ou de pulpe contenant en suspension les particules à séparer, et des aimants ou des bobinages créant dans la chambre un champ magnétique dont les lignes de force sont perpendiculaires à la direction d'écoulement du produit à traiter; la chambre de séparation peut contenir une matrice formée de plaques rainurées, de billes, de métal expansé, de laine de fer, etc à travers laquelle circule le produit à traiter. Les séparateurs de ce type à fonctionnement discontinu ont une marche cyclique: dans une première phase, on fait circuler le produit à traiter dans la chambre de séparation en présence du champ magnétique; au cours de cette phase, les constituants magnétiques du produit se fixent sur les parois de la chambre et/ou sur les éléments de la matrice, tandis que les particules non magnétiques sont entraînés par la phase liquide du produit et recueillis dans un premier collecteur Dans la seconde phase, on coupe l'alimentation du produit à traiter, on supprime le champ magnétique et on extrait les produits magnétiques de la chambre de séparation par 1 avage au moyen d'un liquide sous-pression qui est généralement de l'eau Sur ces appareils, on utilise _ 2 _ généralement des bobinages, pour produire le champ magnétique, afin qu'il soit possible d'annuler ce dernier pendant la phase de lavage On a toutefois proposé d'utiliser des aimants permanents sur des filtres de ce type destinés à épurer des liquides peu chargés en particules magnétiques et ne nécessitant pas des nettoyages fréquents Sur ces filtres, la chambre de séparation est constituée par une cassette qui peut être remplacée, lorsqu'elle est colmatée, par une cassette propre éventuellement après démontage des aimants. Ce type de filtre n'est pas adapté au traitement des produits chargés en particules magnétiques. Dans les séparateurs à marche continue, plusieurs chambres de séparation sont groupées pour former un anneau ou une chaîne sans fin et sont déplacées en continu par rapport aux pièces polaires, qui sont fixes, perpendiculairement aux lignes de force magnétiques Au cours de leur déplacement, les chambres passent successivement dans une zone de séparation, une zone de rinçage et une zone d'évacuation des constituants magnétiques L'alimentation des chambres est effectuée dans la zone de séparation, pratiquement sur toute sa longueur A la sortie de cette zone, là o le champ magnétique est encore intense, on fait circuler dans les chambres un liquide de rinçage pour éliminer les grains de constituants non magnétiques retenus par floculation magnétique Dans la zone d'évacuation qui fait suite à la zone de rinçage et o le champ magnétique est pratiquement nul, les produits magnétiques sont extraits des chambres par lavage à l'eau sous pression Ces appareils sont lourds, encombrants et coûteux et comme le champ magnétique est produit par des électro-aimants, leur consommation d'énergie électrique est importante. On a proposé, dans la littératurede remplacer les électro-aimants par des aimants permanents sur ce dernier type d'appareils, mais ces propositions n'ont reçu aucune application pratique, car l'intensité du champ magnétique que Le l'on peut produire avec des aimants permanents étant limitée, l'existence du jeu qu'il est nécessaire de prévoir entre les parois des chambres de séparation et les aimants ou les pièces polaires pour permettre leurs déplacements relatifs n'aurait pas permis de réaliser les performances recherchées pour ce type d'appareils. Le but de la présente invention est de permettre l'utilisation d'aimants permanents, à la place des électro- aimants, dans les séparateurs magnétiques à haute intensité travaillant en humide et, par ce moyen, de diminuer le poids, l'encombrement et le coût de ces appareils et de réduire leur consommation énergétique. Le séparateur magnétique objet de la présente invention comporte au moins une chambre de séparation ot le produit à traiter circule du haut vers le bas, des aimants permanents, éventuellement associés à des pièces polaires, et des moyens pour déplacer lesdits aimants et pièces polaires _. -4 - transversalement à la direction d'écoulement du produit à traiter entre une première position o ils sont intimement appliqués contre les parois de la chambre de séparation et une seconde position telle que, étant écartés desdites parois, le champ magnétique qu'ils produisent dans ladite chambre est suffisamment faible pour que les produits magnétiques puissent être évacués de la chambre par un courant d'un liquide de lavage. Les aimants peuvent être déplacés au moyen de vérins commandés par un automate programmable, en même temps que des vannes placées sur l'alimentation et l'évacuation de la chambre de séparation, pour être appliqués sur les parois de la chambre pendant la phase de séparation et être écartés de celles-ci pendant la phase d'évacuation des constituants magnétiques, la durée de chacune des phases étant prédéterminée ou fonction, par exemple, du degré de colmatage de la chambre. La chambre de séparation peut être constituée, de façon classique, par un boitier tubulaire en matériau amagnétique, contenant une matrice formée de plaques rainurées, de billes, de métal expansé, etc et occupant toute la section de la chambre. Elle peut aussi être constituée par un tronçon de tube en un matériau élastiquement déformable, tel que du caoutchouc ou une matière plastique, ayant à l'état normal une section circulaire ou bombée et qui est écrasé entre les aimants pendant la phase de séparation de façon à former un tube plate Les aimants peuvent être constitués par un assemblage d'aimants élémentaires dont la direction d'aimantation est perpendiculaire à la direction d'écoulement du produit traité dans la chambre de séparation On pourra aussi utiliser un empilage d'aimants et de pièces polaires plates, la direction d'aimantation des aimants étant dans ce cas parallèle à la direction d'écoulement du produit à traiter Les pièces polaires situées de part et d'autre de la chambre de séparation pourront être situées dans un même plan perpendiculaire à la direction d'écoulement du produit à traiter et de même polarité ou de polarités opposées, ou décalées verticalement d'un demi-pas. Dans le cas oỉ le séparateur ne comporte qu'une seule chambre de séparation, son fonctionnement est nécessairement discontinu Pour une marche en continu, on associera plusieurs unités élémentaires identiques, chaque unité étant formée d'une chambre de séparation, d'aimants permanents, éventuellement de pièces polaires et de moyens pour écarter les aimants permanents de la chambre et les appliquer sur ses parois, et étant alimentée cycliquement en produits à traiter et en liquide de lavage, les différentes unités étant alimentées successivement de façon à permettre un fonctionnement continu. Les différentes unités peuvent être fixes et être reliées, d'une part, à une alimentation en produits à traiter et à un collecteur de produits épurés et, d'autre part, à une source J -6- d'un liquide de lavage et à un collecteur des constituants magnétiques, à travers un jeu de vannes dont l'ouverture et la fermeture sont programmées pour assurer un fonctionnement cyclique des unités de séparation. Les unités de séparation peuvent aussi être mobiles et déplaçables entre une zone de séparation, qui est équipée de moyens d'alimentation en produits à traiter, et de collecte des produits épurés, et une zone de lavage munie de moyens de distribution d'un liquide de lavage et de collecte des constituants magnétiques Dans le cas d'un appareil ne comportant que deux unités, le mouvement peut être alternatif Dans le cas général, les unités de séparation seront liées les unes aux autres pour former un anneau ou une chaîne sans fin et seront déplacées pas-à-pas, toujours dans le même sens On pourra évidemment prévoir, plusieurs zones de séparation et de lavage, le long de l'anneau ou de la chaîne sans fin Conformément à l'invention, le mouvement longitudinal des unités s'accompagnera d'un déplacement transversal des aimants lorsque les unités passeront d'une zone à l'autre. En variante, chaque unité pourrait comporter deux chambres ou plus qui seraient amenées successivement entre les aimants, dans une zone de séparation comportant, en outre, des moyens d'alimentation en produit à traiter et de collecte du produit épuré, puis éloignées de cette zone et amenées dans une zone de lavage équipée de moyens de distribution d'un liquide de lavage et de collecte des -7- constituants magnétiques, les aimants normalement appliqués sur les parois de la chambre se trouvant dans la zone de séparation en étant écartés périodiquement pour permettre le déplacement des chambres. S Les aimants et/ou les pièces polaires situés de part et d'autre de la chambre de séparation étant de polarités opposées, les moyens utilisés pour les écarter de la chambre de séparation devront vaincre la force d'attraction magnétique Une partie de 1 ' énergie mise en jeu pourra être récupérée lors du mouvement de rapprochement des aimants ou pièces polaires, notamment lorsqu'on utilise plusieurs unités fonctionnant séquentiellement. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, quelques formes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe verticale d'une unité de séparation conforme à l'invention, représentée schématiquement; Les figures 2 a et b sont des vues de dessus de l'unité de la figure t pendant les phases de séparation et de lavage respectivement; Les figures 3 a et b sont des vues de dessus, analogues au>x figures 2 a et b, d'une autre unité de séparation conforme à l'invention, comportant une chambre de séparation de conception différente; La figure 4 montre une possibilité de réalisation du circuit magnétique d'une unité de séparation; et La figure 5 montre une possibilité d'association de deux unités de séparation pour assurer un fonctionnement continu. L'unité de séparation représentée sur les figures 1 et 2 est constituée essentiellement par une chambre de séparation placée entre deux aimants permanents 12 de polarités opposées Chaque aimant est solidaire d'une armature à section en L 14, les deux armatures formant un circuit magnétique fermé avec les aimants et la chambre 10, lorsque les aimants sont appliqués sur les parois opposées de la la chambre 10, comme représenté sur la figure 2 a. La chambre de séparation est constituée par une enveloppe en un matériau amagnétique, à section rectangulaire et ouverte à ses deux extrémités Elle est remplie de plaques verticales rainurées ou d'autres éléments, tels que barres, paille de fer, etc en matériau magnétique doux qui créent dans l'entrefer des gradients de champ magnétique permettant aux particules magnétiques du produit à traiter de se fixer sur lesdits éléments. A son extrémité supérieure, la chambre 10 est raccordée à une conduite d'alimentation en produit à traiter 16, à travers une électro-vanne 18, et à une conduite d'eau sous- pression 20, à travers une électro-vanne 22 Un collecteur 24 a 9- est placé sous la chambre 10 et relié à deux conduits 26 et 28, à travers des électro-vannes 30 et 32, respectivement, qui permettent de diriger les produits collectés dans deux directions différentes. Des vérins 34 permettent de déplacer les aimants et les armatures perpendiculairement aux grandes faces de la chambre et de maintenir les aimants appliqués sur ces dernières (figure 2 a) ou écartées de celles-ci (figure 2 b). Cette unité de séparation fonctionne de la manière suivante: dans une première phase, les aimants 12 sont appliqués sur les grandes faces de la chambre 10 (figure 2 a), les vannes 18 et 30 sont ouvertes et les vannes 22 et 32 sont fermées Le produit à traiter, sous forme de pulpe, circule de haut en bas dans la chambre 10, entre les plaques verticales Les particules magnétiques sont soumises à des forces d'attraction qui les dévient vers les plaques et les maintiennent sur celles-ci Le produit épuré est recueilli dans le collecteur 24 et évacué par le conduit 26 Dans une seconde phase, les aimants sont écartés de la chambre (figure 2 b), les vannes 18 et 30 sont fermées et les vannes 22 et 32 sont ouvertes Les particules magnétiques qui ne sont plus soumises à l action du champ magnétique sont alors entraînées par l'eau sous pression circulant dans la chambre 10 et évacuées par le conduit 28. La durée de la première phase peut être prédéterminée, notamment si la teneur du produit à traiter en particules ) - magnétiques varie peu dans le temps En variante, le passage de la première à la seconde phase peut se faire lorsque le degré de colmatage de la chambre, évalué par exemple à partir d'une mesure du débit ou de la perte de charge, atteint une valeur prédéterminée. Les aimants doivent être écartés d'une distance suffisante pour que le champ magnétique dans la chambre 10 soit pratiquement nul, les lignes de force du champ magnétique de chaque aimant se refermant alors sur ellesmême à travers l'entrefer ménagé entre l'aimant et la chambre 10 et l'armature associée. Les aimants 12 sont constitués par un assemblage par collage d'aimants élémentaires au samarium-cobalt ou au neodyme-fer-bore, la direction d'aimantation étant perpendiculaire aux grandes faces de la chambre 10 En variante, chaque ensemble aimant 12-armature 14 pourrait être remplacé par un empilage d'aimants 40 et de pièces polaires 42, comme représenté sur la figure 4, la direction d'aimantation des aimants étant parallèle à la direction d'écoulement du produit à traiter dans la chambre 10 (flèche F). Les figures 3 a et b montrent une autre forme de réalisation de la chambre de séparation Celle-ci est ici constituée par un tube 110 élastiquement déformable, en caoutchouc ou matière plastique, qui a normalement une section circulaire (figure 3 b) et prend une forme aplatie il - lorsqu'il est comprimé entre les aimants 12 (figure 3 a) De préférence, le tube sera rempli d'un matériau, tel que de la paille de fer, pouvant être comprimé élastiquement sans gros effort pour ne pas gêner la déformation du tube et son retour à la forme originale Des fils en matériau magnétique doux disposés longitudinalement ou tressés pour former une gaine tubulaire pourraient être noyés dans 1 épaisseur de la paroi du tube pour créer des gradients de champ magnétique sur la face intérieure du tube La figure 3 a correspond à la phase de séparation, les aimants étant rapprochés et écrasant le tube 110; dans la phase de lavage (figure 3 b) les aimants sont écartés l'un de l'autre, et le tube a repris sa forme circulaire. Pour pouvoir traiter un produit en continu, il est nécessaire d'associer plusieurs unités de séparation. Dans le cas général o la phase de lavage est plus courte que la phase de séparation, il suffit de deux unités pour assurer un fonctionnement en continu Le schéma d'une telle installation est représenté sur la figure 5 Les conduites d'alimentation en produit à traiter 16 et en eau sous- pression 20 sont reliées aux chambres 1 O' et 101 " à travers des électro-vannes 18 ' et 18 " et 22 ' et 22 ", respectivement. Des collecteurs 24 ' et 24 " placés sous les chambres IO' et " permettent de diriger les produits sortant des chambres vers une sortie de produit épuré ou une sortie de produit magnétique, suivant la position d'un sélecteur schématisé 12 - par un volet pivotant 50 ', 50 " Les vannes 1 B', 18 ", 22 ' et 22 ", les sélecteurs 50 r et 50 " ainsi que les vérins, non représentés, déplaçant les aimants 12 ', 12 " sont commandés par un automate programmable ou un micro-ordinateur suivant un programme préétabli et modifiable de telle sorte qu'à tout instant, au moins une des unités soit en phase de séparation. Le nombre d'unités à utiliser dans une installation dépendra du débit de produit à traiter L'utilisation d'unités standard permet de réduire les cofits et facilite l'entretien, une unité défaillante pouvant être rapidement remplacée par une unité de rechange. Une phase intermédiaire de rinçage avec maintien du champ magnétique, pourra être prévue pour éliminer les grains de constituants non magnétiques retenus par floculation magnétique. Il est bien entendu que toutes les modifications qui peuvent être apportées aux formes de réalisation décrites par la substitution de moyens techniques équivalents et notamment les variantes exposées dans le préambule de la description entrent dans le cadre de l'invention. 13 - REVENDICATIONS 1 Séparateur magnétique à haute intensité travaillant en humide comportant au moins une unité de séparation constituée par une chambre o le produit à traiter circule du haut vers le bas et des moyens pour créer un champ magnétique perpendiculaire à la direction d'écoulement du produit à traiter, caractérisé en ce que les moyens engendrant le champ magnétique sont constitués par des aimants permanents ( 12 >, éventuellement associés à des pièces polaires ( 14), et en ce que des moyens ( 34) sont prévus pour déplacer lesdits aimants, et éventuellement les pièces polaires, entre une première position o les aimants ou les pièces polaires sont intimement appliqués contre les parois de ladite chambre ( 10) et une seconde position telle que, les aimants ou les pièces polaires étant écartés desdites parois, le champ magnétique dans la chambre ( 10) est suffisamment faible pour que les particules magnétiques puissent être évacuées de la chambre par un courant d'un liquide de lavage. 2 Séparateur magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour déplacer les aimants ( 12 >, et éventuellement les pièces polaires, sont constitués par des vérins ( 34) commandés par un automate programmable ou un micro-ordinateur, en même temps que des vannes ( 18, 22, 30, 32) placées sur des conduites ( 16,20,26,28) raccordées à l'entrée et à la sortie de ladite chambre ( 10), de telle sorte que les aimants, éventuellement 14 - les pièces polaires, soient appliqués sur les parois de la chambre pendant une phase de séparation et soient écartés de celles-ci pendant une phase de lavage. 3 Séparateur magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite chambre ( 10) est constituée par un boitier tubulaire en un matériau amagnétique contenant une matrice ferromagnétique perméable au produit à traiter. i Ci 4 Séparateur magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite chambre ( 110) est constituée par un tronçon de tube en un matériau élastiquement déformable ayant à l 'état normal une section circulaire ou bombée et contenant une matrice ferromagnétique élastiquement compressible et perméable au produit à traiter, et en ce que pendant la phase de séparation ledit tube est écrasé entre les aimants ou les pièces polaires et prend la forme d'un tube plat. 5 Séparateur magnétique selon 'une quelconque des revendications t à 4 caractérisé en ce que les dits moyens de production du champ magnétique sont constitués par un assemblage d'aimants élémentaires dont la direction d'aimantation est perpendiculaire à la direction d'écoulement du produit à traiter dans ladite chambre ( 10 >) - 6 Séparateur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de production du champ magnétique sont constitués par un empilage d'aimants et de pièces polaires, la direction d'aimantation des aimants étant parallèle à la direction d'écoulement du produit à traiter dans ladite chambre ( 10). 7 Séparateur magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité ou chaque unité de séparation comporte deux chambres ou plus, des moyens pour déplacer les chambres entre une première zone o sont placés les aimants et qui est équipée de moyens d'alimentation en produit à traiter et de collecte du produit épuré et une seconde zone équipée de moyens de distribution d'un liquide de lavage et de collecte des constituants magnétiques et les amener l'une après l'autre dans la première puis dans la seconde zone et des moyens pour coordonner les mouvements des chambres et des aimants et/ou des pièces polaires. a Séparateur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs unités de séparation et des moyens ( 1 ', 18-", 22 ', 22 ") pour relier cycliquement chaque unité de séparation d'une part, à une alimentation de produit à traiter ( 16) et à un collecteur de produits épurés ( 26) et, d'autre part, à une 16 - source d'un liquide de lavage ( 20) et à un collecteur de constituants magnétiques ( 28). 9 Séparateur magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs unités de séparation et des moyens pour les amener l'une après l'autre dans une zone de séparation équipée de moyens d'alimentation en produit à traiter et de collecte du produit épuré puis dans une zone de lavage équipée de moyens de distribution d'un liquide de lavage et de collecte des constituants magnétiques.