Brevet FR2722120A1 — publié le 19960112

Procédé et dispositif de séparation de particules ferromaqnétiques d'un mélange contenant ces particules. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de séparation de particules ferromagnétiques d'un mélange contenant ces particules. Couramment, il est nécessaire de séparer des particules magnétiques, de plus ou moins grandes dimensions, d'un mélange, généralement pulvérulent ou granulé mais pouvant aussi être au moins partiellement liquide. Tel est le cas par exemple dans le domaine de la cimenterie, de la fonderie, pour épurer le sable de fonderie, de l'industrie agro-alimentaire, ou chimique, et du traitement de déchets. De manière générale, le but visé est d'éliminer du produit traité les particules ou objets ferromagnétiques préjudiciables à la qualité de ce produit, et éventuellement de les récupérer pour les recycler. On connaît déjà différents types de dispositifs destinés à réaliser un tel tri. Par exemple, on connaît des séparateurs magnétiques constitués d'une grille formée de plusieurs barreaux aimantés disposés transversalement dans un conduit de passage du mélange. Lors du passage à travers cette grille, les particules magnétiques sont attirées et retenues par les barreaux aimantés. I1 suffit ensuite de retirer ces particules des barreaux. Ceci peut être réalisé soit manuellement, après arrêt du flux du mélange, soit automatiquement en tirant les barreaux à travers un système de raclage incorporé à la paroi du conduit, en dehors du flux du mélange, et, après avoir ainsi débarrassé les barreaux magnétiques des particules qui y étaient accrochées, les barreaux sont à nouveau avancés dans le conduit. Dans ces systèmes, tant que les barreaux ne sont pas raclés et nettoyés, les particules ferromagnétiques y restent adhérentes et restent donc dans le flux du mélange, avec le risque d'une accumulation de telles particules, et d'un amoindrissement de l'attraction magnétique, donc une réduction de l'efficacité de la séparation. Par ailleurs, les barreaux constituent des obstacles au passage du mélange et les matières non magnétiques peuvent s'y déposer, y adhérer et s'accumuler, réduisant à la fois la section de passage et l'effet d'attraction magnétique, et ceci d'autant plus que les particules magnétiques captées par les barreaux constituent des points d'accrochage supplémentaires pour le produit. La présente invention a pour but de remédier à ces problèmes, et vise à fournir une séparation efficace des particules magnétiques, en perturbant le moins possible le flux de produit traité, et en assurant une efficacité constante de la séparation, sans nécessité d'interrompre périodiquement le flux de matière traitées pour nettoyer l'installation. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de séparation de particules ferromagnétiques d'un mélange contenant de telles particules, selon lequel on soumet un flux du dit mélange à un champ magnétique qui attire et retient les dites particules sur une paroi disposée dans ou au voisinage du passage du mélange, caractérisé en ce qu'on entraîne en rotation une spire en matériau non magnétique coopérant avec une surface cylindrique de la paroi qui s'étend dans la direction axiale de la spire, et on génère le dit champ magnétique de manière que les lignes de flux soient dirigées transversalement à la dite surface et que le sens du champ soit constant le long d'une génératrice de la dite surface, et on fait passer le dit mélange devant cette surface, les particules ferromagnétiques étant attirées et retenues contre celle-ci et transportées par la spire dans la dite direction axiale, en demeurant au voisinage de la dite génératrice, et étant ainsi séparées des matières non magnétiques du dit mélange qui sont évacuées transversalement à la dite direction axiale. Le procédé selon l'invention permet de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus en assurant une évacuation continue des particules ferromagnétiques captées par le champ magnétique et retenues par celui-ci contre la dite surface de paroi. Comme on le comprendra mieux par la suite, cette évacuation en continu résulte du fait que les particules ferromagnétiques captées sont retenues par le champ magnétique sur un pôle, nord ou sud, qui s'étend selon une ligne longitudinale, et les forces d'attraction tendent à les maintenir sur cette ligne qui constitue une génératrice de la surface balayée par la spire. Lors de la rotation de la spire, les dites particules ferromagnétiques étant en quelque sorte bloquées en rotation par les dites forces d'attraction, elles ne peuvent que se déplacer parallèlement à l'axe de la spire, celle-ci agissant à la manière d'une vis sans fin. Par contre, les constituants non ferromagnétiques du dit mélange ne sont pas retenus ni bloqués en rotation et, dès lors qu'aucun obstacle ne s'y oppose, ils peuvent s'éloigner de la dite paroi et de la spire, en étant en conséquence séparés des particules ferromagnétiques. Dès lors que le déplacement des particules ferromagnétiques est effectué jusque dans une zone située en dehors du flux du mélange, seules ces particules atteignent cette zone et peuvent donc être récupérées et évacuées. Comme le déplacement et cette évacuation sont effectuées en continu, il n'y a pas de risque d'accumulation de particules ferromagnétiques dans la zone de passage du mélange et l'efficacité de l'attraction magnétique n'est pas amoindrie. L'invention a aussi pour objet un dispositif de séparation de particules ferromagnétiques d'un mélange contenant ces particules, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau magnétique fixe, allongé selon une direction axiale, générant un champ magnétique, et dont un même pôle s'étend dans cette direction, une spire en matériau non magnétique dont l'axe est parallèle à cette direction et qui coopère avec une surface de paroi s'étendant devant le dit pôle, des moyens d'entraînement en rotation de la spire, et des moyens pour évacuer le mélange débarrassé des particules ferromagnétiques transversalement à la dite direction axiale. Moyennant de prévoir des moyens permettant de détacher les particules ferromagnétiques de la dite surface, en dehors de la zone traversée par le mélange, la séparation et l'évacuation de ces particules peut être réalisée en continu. Selon une disposition préférentielle, le dispositif comporte une zone de séparation dans laquelle le dit mélange est amené, et d'où sort le mélange débarrassé des dites particules ferromagnétiques, et une zone de récupération des dites particules, les deux zones étant décalées dans la dite direction axiale, et le dit noyau s étend dans la zone de séparation et se prolonge par une extrémité jusque dans la dite zone de récupération, la spire s' étendant dans la dite zone de séparation et de se prolongeant dans la zone de récupération au-delà de la dite extrémité du noyau. Ainsi, les particules ferromagnétiques se séparent automatiquement de la surface contre laquelle elles étaient retenues, lorsqu'elles parviennent dans la zone de récupération, où le champ magnétique devient trop faible pour les retenir. Préférentiellement encore, le noyau comporte à sa dite extrémité une partie où l'intensité du champ magnétique est réduite par rapport à l'intensité du champ dans la zone de séparation. I1 s'ensuit que la force d'attraction des particules décroît progressivement lorsqu'elles arrivent au niveau de l'extrémité du noyau, ce qui évite qu'elles ne restent retenues à ce niveau, par l'un ou l'autre des pôles du noyau. En effet, un champ trop intense à ce niveau pourrait conduire à ce que des particules ne se détachent pas et soient entraînées en rotation avec la spire, en étant attirées alternativement par l'un et l'autre des pôles du noyau. Selon une première variante, la paroi est cylindrique, la spire entoure la dite paroi, et le noyau magnétique est placé à l'intérieur de la paroi. Dans ce cas, les particules ferromagnétiques sont attirées vers l'axe de la spire et c'est le bord de plus petit diamètre de la spire qui entraîne les dites particules. La dite paroi peut être fixe, auquel cas la spire agit comme un racleur sur cette paroi. Préférentiellement cependant, la paroi est un tube sur lequel la spire est fixée par exemple par soudage, et c'est l'ensemble tube et spire qui est entraîné en rotation. Les particules ferromagnétiques sont dans ce cas toujours retenues sur la ligne du pôle, et se déplacent en roulant ou glissant sur le tube en rotation, en étant poussées par les spires. Selon une autre variante, la dite paroi et le dit noyau magnétique sont à l'extérieur de la spire. Dans ce cas, les particules au lieu d'être attirées vers l'axe de la spire, sont attirées vers une paroi cylindrique ou semi-cylindrique, au moins dans la zone voisine du pôle, et c'est le bord extérieur de la spire qui déplace les particules en balayant cette paroi. Dans une application préférentielle, du type des séparateurs magnétiques décrits au début de ce mémoire, le dispositif comporte des moyens d'amenée du dit mélange dans la dite zone de séparation, transversalement à la dite direction axiale, et sensiblement dans l'alignement des dits moyens d'évacuation. Chacun des barreaux de ces séparateurs est alors remplacé par un dispositif selon l'invention. Le mélange traverse la grille ainsi constituée, perpendiculairement aux axes des spires, et les particules ferromagnétiques sont évacuées latéralement et en continu hors du flux du mélange. On notera un avantage particulier de cette application, qui réside dans le fait que tout risque d'accumulation de matière, même non ferromagnétique, est supprimé, du fait du mouvement continu de la spire. Dans une autre application, le dispositif comporte des moyens d'amenée du dit mélange dans la dite zone de séparation, selon la dite direction axiale, ces moyens d'amenée étant constitués par la dite spire et une paroi qui l'entoure au moins partiellement. Il s'agit pratiquement alors de l'adaptation d'un transport de matières par vis sans fin qui effectue simultanément la séparation des particules ferromagnétiques. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple d'un séparateur magnétique du type à grille transversale, placée dans le flux de matière à traiter, et d'un système de triage magnétique adapté sur un transporteur de matériaux à vis sans fin. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue générale en coupe du séparateur magnétique, comportant plusieurs dispositifs de séparation, conformes à l'invention, - les figures 2, 3 et 4 représentent différentes variantes de disposition du noyau magnétique et de ses pôles, dans chaque dispositif de séparation, - la figure 5 est une vue en coupe du détail "A" de la figure 1, - la figure 6 est une vue schématique de principe d'une variante de réalisation du dispositif de la figure 1, - la figure 7 est une vue en coupe selon la signe VII-VII de la figure 6, - la figure 8 est une vue en coupe axiale de l'extrémité d'un transporteur à vis sans fin, conforme à l'invention, - la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8, - la figure 10 est une vue correspondante à celle de la figure 9, selon une autre variante de réalisation. Le séparateur représenté à la figure 1 est destiné à traiter un produit pulvérulent circulant dans un conduit pour en extraire des particules ferromagnétiques, représentées par les petits grains 1, et fournir le produit épuré contenant uniquement des matériaux non ferromagnétiques, représentés par les gros grains 2. Ce séparateur est donc inséré dans le conduit et traversé par le flux du dit produit. il comprend un boîtier 3 comportant à sa partie supérieure un orifice d'entrée 4 relié par une bride 5 à un conduit 6 de transport d'un mélange pulvérulent, et à sa partie inférieure un orifice de sortie 7, qui peut également être relié à un conduit d'évacuation. Dans le boîtier 3, sont disposées en quinconce et transversalement à la direction du flux de produit, une pluralité de dispositifs de séparation 10. Chaque dispositif de séparation 10 est constitué d'un tube 11 portant une ou plusieurs spires 12 enroulées en hélice autour du tube 1 et soudées sur celui-ci. Le tube 11 et les spires 12 sont en matériau amagnétique, par exemple en acier inoxydable amagnétique. Le tube 11 est guidé à ses extrémités dans des paliers 13, 14 solidaires du boîtier 3 et entraîné en rotation, par exemple par un système à roue et vis sans fin 15. Le tube 11 et la spire 12 s'étendent sur toute la largeur d'une zone de séparation 16, correspondant au passage du flux de produit et se prolongent à l'extérieur de cette zone dans une zone 17 de récupération des particules ferromagnétiques extraites du produit. Ces deux zones sont séparées par une paroi 18 du boîtier 3 dans laquelle sont ménagés des orifices de passage des spires. A l'intérieur du tube 11, est disposé un noyau magnétique 20 fixé par une extrémité 21 sur une plaque de fixation 22 solidaire du boîtier 3. Ce noyau magnétique 20 s'étend axialement jusque dans la zone de récupération 17, mais se termine avant l'extrémité 19 du tube et de la spire. Le noyau magnétique 20 est essentiellement constitué d'un aimant permanent 23 dont chaque pôle "N" ou "S" s'étend continuement selon la direction axiale, à proximité directe de la paroi du tube 11. Sur les dessins des figures 2 à 4, on a représenté différentes variantes de réalisation du noyau magnétique 20. Celui-ci peut être uniquement un aimant 23 dont la direction nord-sud s'étend diamétralement (figure 2), ou être constitué d'un ensemble 24 définissant deux pôles, nord et sud, situés respectivement dans deux cadrans adjacents du noyau 20 (figure 3) ou encore d'un ensemble 25 de section en forme de "T" dont la branche centrale constitue un pôle "N" et les deux autres branches constituent deux pôles "S" diamétralement opposés (figure 4). D'autres variantes peuvent être utilisées, dans la mesure où la disposition adoptée permet d'assurer qu'au moins un des pôles s'étend longitudinalement dans le tube, à proximité de sa paroi, et que le champ magnétique généré traverse cette paroi, les lignes de flux de ce champ étant dans des plans orthogonaux à la direction axiale du tube 11. L'important est que la force d'attraction magnétique générée par le noyau magnétique soit maximale sur une ligne s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe, de manière que des particules ferromagnétiques attirées vers la paroi du tube tendent à rester sur cette ligne et ne soient pas entraînées en rotation avec le tube. L'intensité du champ magnétique est sensiblement constante sur toute la longueur du noyau 20 dans la zone de séparation 16. Par contre, l'extrémité 26 du noyau 20 située dans la zone de récupération 17 est réalisée de manière à générer un champ magnétique d'intensité réduite. Les aimants 23, 24, 25 sont préférentiellement du type fer-néodymium, ou ferrites. Dans la mesure où l'encombrement admissible le permet, le champ magnétique peut également être généré par un bobinage alimenté en courant électrique. La spire 12 peut être simple ou multiple et son angle d'hélice est adapté en fonction des particules à séparer, un pas d'hélice petit étant favorable car il limite la force circonférentielle que la spire exerce sur les particules lors de sa rotation, et qui tend à éloigner les particules ferromagnétiques de la ligne de champ maximal. La mise en oeuvre du séparateur se déduit aisément de la description qui vient d'en être faite. Lorsque le flux de produit traverse le séparateur, les particules ferromagnétiques 1 sont attirées vers les noyaux magnétiques 20 de chaque dispositif 10 et se plaquent contre les parois des tubes 11, dans les zones où le champ magnétique est le plus fort, donc sur les lignes correspondant aux pôles nord ou sud. Les autres particules non ferromagnétiques 2 passent entre les dispositifs 10 sans être retenues. La rotation continue des spires 12, entraînées par exemple par un moteur électrique ou pneumatique, tend à entraîner les dites particules, mais comme celles-ci sont retenues sur la dite ligne de champ maximum, elles se déplacent uniquement dans la direction axiale vers la zone de récupération 17. Arrivées dans cette zone, les forces d'attraction diminuent du fait de l'intensité réduite du champ généré par l'extrémité 26 du noyau 20, puis deviennent pratiquement nulles au-delà de cette extrémité. Les particules ne sont plus alors retenues, se détachent du tube 11, et peuvent ainsi être récupérées et évacuées. Sur les dessins des figures 6 et 7, on a représenté une autre variante de réalisation du séparateur. Dans cette variante, le champ magnétique est généré par des barreaux aimantés 30 disposés dans des supports 31 en matériau amagnétique, solidaires du boîtier 3, les pôles de ces barreaux étant dirigés vers les spires 32. Les surfaces 33 d'extrémité supérieure de ces supports sont semi cylindriques de rayon de courbure sensiblement égal au rayon extérieur des spires 32, pour coopérer avec la périphérie de ces spires. Les particules ferromagnétiques contenues dans le produit sont attirées et retenues sur les barreaux aimantés 30, alors que les autres constituants, non ferromagnétiques passent librement dans les espaces entre les spires 32 et les supports 31. Lors de la rotation des spires 32, les particules ferromagnétiques sont déplacées axialement en restant attirées par les barreaux 30, jusqu'à arriver dans la zone de récupération 17 où, n étant plus retenues par le barreau aimanté, elles se détachent du support 31 et sont évacuées. Une autre application du dispositif selon l'invention est représentée aux figures 8 à 10. Le système de transport par vis sans fin comprend classiquement un tube extérieur 40 dans lequel est placée une vis sans fin (ou vis d'Archimède) 41, entraînée en rotation. La vis sans fin 41, en matériau amagnétique, est formée d'un tube 42 portant une ou plusieurs spires 43. Le tube extérieur 40 comporte une première goulotte 44 d'évacuation du produit, située à une certaine distance de son extrémité 45, et une deuxième goulotte 45 située entre la première goulotte et la dite extrémité. A l'intérieur du tube 42 est disposé un noyau magnétique 46, similaire à celui décrit précédemment qui s'étend en face de la première goulotte et se prolonge jusqu'en face de la deuxième goulotte, en s'arrêtant toutefois avant l'extrémité de la spire 43. Lorsque la vis sans fin 41 est entraînée en rotation, elle assure le transport du produit dans le tube 40, vers son extrémité (vers la droite sur le dessin de la figure 8). Arrivé au niveau de la première goulotte d'évacuation 44, les particules non magnétiques 2 chutent dans cette goulotte, mais les particules ferromagnétiques restent attirées contre le tube 42 par le noyau magnétique 46. Ces particules poursuivent ainsi leur trajet jusqu'au-dessus de la deuxième goulotte 45, où, libérées de l'attraction du noyau 46, elles se détachent du tube 42 et chutent dans cette deuxième goulotte. Dans une autre forme de réalisation (voir figure 10) de ce transporteur à vis, on peut remplacer le noyau magnétique central 46 par un ou plusieurs barreaux aimantés 47 disposés à l'extérieur du tube extérieur 40, ou constituant une partie de la paroi de ce tube. Il suffira dans ce cas de disposer le ou les dits barreaux aimantés latéralement par rapport à la première goulotte d'évacuation 44, pour qu'ils puissent se prolonger audelà de cette goulotte, et de réaliser le tube 40 en matériau amagnétique. REVEND I CAT IONS 1. Procédé de séparation de particules ferromagnétiques d'un mélange contenant de telles particules, selon lequel on soumet un flux du dit mélange à un champ magnétique qui attire et retient les dites particules (1) sur une paroi (11) disposée dans ou au voisinage du passage du mélange, caractérisé en ce qu'on entraîne en rotation une spire (12) en matériau non magnétique coopérant avec une surface cylindrique de la paroi qui s'étend dans la direction axiale de la spire, et on génère le dit champ magnétique de manière que les lignes de flux soient dirigées transversalement à la dite surface et que le sens du champ soit constant le long d'une génératrice de la dite surface, et on fait passer le dit mélange devant cette surface, les particules ferromagnétiques (1) étant attirées et retenues contre celle-ci et transportées par la spire (11) dans la dite direction axiale, en demeurant au voisinage de la dite génératrice, et étant ainsi séparées des matières non magnétiques du dit mélange qui sont évacuées transversalement à la dite direction axiale. 2. Dispositif de séparation de particules ferromagnétiques d'un mélange contenant ces particules, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau magnétique (20, 30, 46) fixe allongé selon une direction axiale générant un champ magnétique, et dont un même pôle s'étend dans cette direction, une spire (12, 32, 43) en matériau non magnétique dont l'axe est parallèle à cette direction et qui coopère avec une surface de paroi (11, 31, 40, 42) s étendant devant le dit pôle, des moyens (15) d'entraînement en rotation de la spire, et des moyens (7, 44) pour évacuer le mélange débarrassé des particules ferromagnétiques transversalement à la dite direction axiale. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une zone de séparation (16) dans laquelle le dit mélange est amené, et d'où sort le mélange débarrassé des dites particules ferromagnétiques, et une zone de récupération (17) des dites particules, les deux zones étant décalées dans la dite direction axiale, et le dit noyau (20, 30, 46) s'étend dans la zone de séparation (16) et se prolonge par une extrémité (26) jusque dans la dite zone de récupération (17), la spire (12, 32, 43) s'étendant dans la dite zone de séparation et de se prolongeant dans la zone de récupération au-delà de la dite extrémité du noyau. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le noyau (20) comporte à sa dite extrémité une partie (26) où l'intensité du champ magnétique est réduite par rapport à l'intensité du champ dans la zone de séparation. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la dite paroi (11, 42) est cylindrique, la spire (12, 43) entoure la dite paroi, et le noyau magnétique (20, 46) est placé à l'intérieur de la paroi. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la spire (12, 43) est liée à la dite paroi, conformée sous forme d'un tube (11, 42) en matériau non magnétique. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la dite paroi (31, 40) et le dit noyau magnétique (30, 47) sont à l'extérieur de la spire. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (6) d'amenée du dit mélange dans la dite zone de séparation, transversalement à la dite direction axiale, et sensiblement dans l'alignement des dits moyens d'évacuation (7). 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'amenée du dit mélange dans la dite zone de séparation, selon la dite direction axiale, ces moyens d'amenée étant constitués par la dite spire (43) et une paroi (40) qui l'entoure au moins partiellement.