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Procédé et dispositifs pour le classement et la @ séparation par lavage de produits de densités différentes.
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c'e' c. t2.- c2:e.'e t2EG4eécr c-, 1 La présente invention est relative d'abord à un procédé pour le classement, par densités, d'un mélange de produits de densités différentes ;
procédé est carac- térisé par ce que l'on imprime à des tamis ou tables plei- nes, sur lesquels reposent, immergés dans l'eau, les pro- duits à traiter, des mouvements d'oscillation sinusoïdaux de faible amplitude et de nature pendulaire, de telle sorte que l'on peut donner à ces mouvements, et sans qu'il en résulte de réactions sensibles sur le mécanisme de com- mande, des fréquences d'oscillation suffisamment élevées et telles, que sous la seule influence des différences que présentent entre elles les composantes normales des réac- tions d'inertie subies par les grains ou particules solides soumis à son action, ces grains ou particules se classent rapidement et exclusivement par ordre de leurs densités,
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sans qu'il soit besoin de faire intervenir les lois stati- ques de la chute libre des corps dans l'eau qui sont à la base des procédés habituels de classement par équivalence,' procédés dans lesquels les grains ne se classent rigoureuse- ment par ordre de densité que s'ils ont, à la fois, même vo- lume et même forme.
L'invention est également relative à un disposi- tif permettant de réaliser le procédé de classement confor- me à l'invention ; ce dispositif est caractérisé par ce que les tamis ou tables mobiles sont montés sur un pendule élas- tique, dont le mouvement est entretenu par un mécanisme syn- chrone approprié, ce pendule étant constitué par une masse oscillante qui est interposée entre deux groupes de ressorts appuyés, développant sur cette masse des efforts proportion- nels à son déplacement.
On sait, en effet, que pour des oscillations de faible amplitude un pareil pendule prend un mouvement sinu- soïdal. On sait aussi, qu'en choisissant convenablement l'é- lasticité des deux groupes de ressorts, on peut donner à la fréquence d'oscillation de ce pendule des valeurs quelcon- ques, même les plus élevées, et sans qu'il en résulte de réactions sensibles sur le mécanisme de commande, puisque ce mécanisme entretient, simplement, le mouvement pendulaire.
Un cas particulier, conforme à l'invention,du dis- positif précédent, et qui est d'un très grand intérêt prati- que, est celui dans lequel le pendule élastique est un appa- reil oscillant muni du dispositif amortisseur à réactions équilibrées et le mécanisme synchrone, qui entretient le mouvement du pendule, est une bielle commandée par un arbre à manivelle ou à excentrique.
Dans ce cas particulier, représenté en élévation par la fig. 1, le pendule élastique sur lequel est monté, par exemple, un tamis de classement par densité, est consti- tué par le groupement de deux pendules élastiques ayant mê- me période d'oscillation, qui oscillent en sens inverse l'un
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de l'autre, aux extrémités articulées de deux balanciers parallèles, autour de deux axes parallèles et dont les grou- pes de ressorts qui les actionnent sont disposés de telle façon, que les réactions élastiques qu'ils transmettent à leurs appuis s'équilibrent respectivement. Un tel pendule, dénommé pendule élastique à réactions intérieures, ne donne de réactions sensibles ni sur son mécanisme de commande, ni sur le bâti qui supporte les axes d'oscillation et les ap- puis fixes des groupes de ressorts.
Non seulement ce pendule communique aux surfaces mobiles de classement un mouvement sinusoïdal d'une parfaite douceur, quelle que soit la pério- de d'oscillation choisie, mais encore, il assure à son bâti la complète stabilité qu'il est pratiquement nécessaire-de réaliser pour éviter de communiquer aux bâtiments qui sup- portent les installations, des vibrations gênantes et par- fois dangereuses.
Dans cette fig. 1, 1-1 représentent deux masses équilibrées statiquement qui oscillent, en sens inverse l'une de l'autre, aux extrémités de deux balanciers parallèles 2-2, dont les bras sont supposés égaux dans l'exemple choisi, au- tour des deux arbres parallèles 3-3, reposant dans des pa- liers montés sur le bâti 4.
5-6 5-6 représentent deux séries de ressorts com- prenant chacun deux groupes de ressorts 5-6 identiques, ap- puyés sur des plaques 7 et 8 montées sur deux tiges 9 prises en 10 sur le bâti et directement opposées l'une à l'autre.
Chacune des deux masses oscillantes est interposée entre deux de ces groupes de ressorts, par l'intermédiaire d'un appui mobile 11 faisant partie de la masse oscillante, et consti- tue ainsi un pendule élastique.
L'ensemble formé par les deux masses oscillantes et les deux groupes de ressorts 5-5 et 6-6 représente un pendule élastique dont la période d'oscillation est la
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période d'oscillation commune aux deux pendules élastiques qui composent cet ensemble et dont la position d'équilibre coïncide avec la position moyenne du mouvement pendulaire.
La bielle 12, actionnée par l'arbre à manivelle 13, constitue le mécanisme synchrone qui entretient le mou- vement du pendule élastique. Le mouvement que prendrait l'extrémité articulée 14 de cette bielle 12, sous la seu- le action de l'arbre 13, serait un mouvement sinusoïdal qui a même position moyenne que celle du mouvement pendulai- re propre, de sorte que ces deux mouvements synchrones,dont l'un entretient l'autre, s'épousent exactement à chaque ins- tant du mouvement d'oscillation. De même, dans toutes les positions occupées par ce mouvement, les réactions élasti- ques exercées par les ressorts sur le bâti 4, par l'intermé- diaire des plaques d'appui 7 et 8 et des tiges 9, sont éga- les et directement opposées et, par suite, s'équilibrent en- tre elles.
15 est la surface mobile de classement reliée ri- gidement au pendule et, dans l'exemple choisi, cette surfa- ce est un tamis horizontal, immergé dans l'eau, sur lequel est déposé le mélange de produits à classer par densité.
Le mécanisme de classement par densité exclusive s'explique par les considérations théoriques suivantes :
Soit 16 un grain de densité , de volume et de forme quelconque, déposé sur le tamis et soumis à l'action du mouvement pendulaire, qu'en raison des faibles amplitudes adoptées, on peut assimiler à un mouvement de translation suivant la direction x x', faisant avec l'horizontale l'an- gle [alpha].
A un instant quelconque du mouvement relatif du grain 16 par rapport au tamis 15, les forces effectives qui agissent sur le grain sont les suivantes :
1 - Son poids dans l'eau mg #- 1, m désignant sa masse # et g l'accélération due à la pesanteur ;
2 - La réaction R exercée par le tamis sur ce grain ;
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3 -La résistance r opposée par l'eau au mouvement du grain sur le tamis.
Si on écrit les équations du mouvement relatif du grain par rapport au tamis, ou voit facilement que tant que le grain reste en contact avec le tamis, la composante R', normale au tamis, de la réaction R, est donnée par l'expression :
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dans laquelle : N désigne la fréquence minute d'oscillation, a désigne l'amplitude de l'oscillation, # désigne l'angle formé par l'axe du bouton de manivelle avec la normale à la direction du mouvement d'oscillation.
Cet angle définit la position du tamis à l'instant quelcon- que donsidéré.
Cette expression montre :
1 - qu'au cours d'une demi oscillation allant de la po- sition basse à la position haute du tamis, la réaction nor- male au tamis exercée par ce dernier sur le grain diminue progressivement. Elle est maximum pour # # ,
2 c'est-à-dire quand le tamis est dans sa position basse et minimum pour 6) = + #, c'est-à-dire quand le tamis
2 est dans sa position la plus haute ;
2 - que cette réaction peut s'annuler au cours de cette demi oscillation si la condition : N2 a Sin [alpha] 1800 g # - 1 est remplie.
# 2 #
Dans ce cas, le grain est projeté au-dessus du ta- mis pour une position #1 de ce dernier, donnée par l'expres-
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sion : sin Sin = S & ¯ sion : - N2 x sine x Sin lùl = g A..
1800
Ce grain se trouve donc projeté d'autant plus tôt et d'ailleurs avec une vitesse d'autant plus grande que la densité de ce grain est plus faible ; 3 - que si, pour une amplitude déterminée a, la fréquence
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N est choisie telle que la condition : N2 a Sin [alpha] 1800 g # - 1 est remplie (obtenue en exprimant que R' 2 # s'annule, en fin de course haute, c'est-à-dire pour # = #),
2 le grain de densité # restera toujours en contact avec le tamis ; mais qu'il sera sur le point d'être projeté dans la position haute de ce tamis pour laquelle il ne subira plus aucune réaction.
On désignera cette fréquence particulière sous le nom de fréquence limite de classement ou de lavage;
4 - que cette réaction normale, qui provoque le classe- ment des grains, est exclusivement fonction de leur densité et ne dépend, en particulier, ni de leur volume, ni de leur forme.
On va considérer maintenant deux graines de densi- tés différentes 4 et # , et comparer les mouvements que vont prendre ces deux grains soumis à l'action du tamis fonc- tionnant sous la fréquence limite d'oscillation correspon- dant à la densité la plus grande des deux densités con- sidérées.
D'après ce qui précède, le grain le plus lourd de densité #, se déplacera sur le tamis sans jamais cesser d'être en contact avec lui, tandis que le grain de densité sera projeté au-dessus du tamis, dès la première oscil- lation, d'autant plus tôt et avec une vitesse d'autant plus grande que l'écart entre les deux densités et # sera lui- même plus grand. Suivant le temps que ce grain de densité mettra pour retomber sur le tamis, il sera repris par ce dernier au cours de l'oscillation suivante ou au cours d'une oscillation ultérieure, de telle sorte qu'il rebondira pério- diquement suivant le rythme même du mouvement pendulaire ou seulement suivant une fraction entière de ce rythme.
On considère enfin un mélange de grains de densités 4 et # reposant sur le tamis et soumis à son mouvement, toujours sous le régime de la fréquence limite correspondant à la densité A des grains les plus lourds.
D'après ce qui précède, tous les grains de densité
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#, @ quels que soient leur volume et leur forme, vont s'étaler rapidement sur le tamis en une couche régulière et dense, tandis que les grains de densité progressi- vement refoulés vers le haut sous l'influence, à chaque os- cillation, de la réaction d'inertie exercée sur eux, soit par le tamis, soit par les grains déjà déposés, vont s'accu- muler au-dessus de la couche des grains lourds, sous la for- me d'une masse meuble, agitée suivant le rythme précédemment indiqué. Le classement par densité exclusive sera ainsi réalisé.
Les explications qui précèdent sont applicables au cas où la surface mobile est une table pleine traitant des produits immergés dans l'eau, avec toutefois cette diffé- rence que l'eau prend elle-même un mouvement sensible d'os- cillations qui peut présenter l'inconvénient de troubler le lavage en remettant en suspension des produits déjà classée On remédie à cet inconvénient, d'autant plus grand que les produits sont plus fins, en adoptant de très faibles ampli- tudes de mouvement et, par suite, des fréquences d'oscilla- tion sensiblement plus élevées que celles qui peuvent suffi- re quand on fait le classement sur des tamis.
L'invention s'étend aux combinaisons du procédé de classement ou des dispositifs de classement conformes à l'invention avec tous dispositifs permettant de séparer effec- tivement les uns des autres les produits préalablement clas- sés par ordre de densités. Ces combinaisons, conformes à l'invention, sont des procédés ou dispositifs de lavage par densités.
On peut, par exemple, combiner le dispositif de classement sur tamis immergé avec des courants superficiels produits par des moulinets à palettes de vitesse appropriée, refoulant la couche de produits légers dans une direction différente du sens de l'évacuation des produits lourds.
Un exemple de cette combinaison est représenté en
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coupe transversale par la fig. 2 ; 1 est un tamis légère- ment incliné transversalement vers le coté ;droit de la figu- re, 2 est un moulinet à palettes évacuant latéralement du côté opposé la couche de produits légers 3, tandis que les grains lourds 4 sont évacués à l'avant du tamis sur lequel ils cheminent sous l'influence de la composante horizontale du mouvement d'oscillation.
Un deuxième exemple consiste à entraîner les pro- duits légers par un courant d'eau longitudinal ou transver- sal, tandis que les grains lourds tombent à travers les mail- les du tamis, soit directement, soit après avoir traversé un lit oscillant de grains de dimensions appropriées et dont la densité est voisine de celle des grains lourds à éliminer.
Un autre exemple de combinaison conforme à l'in- vention consiste à entraîner les grains légers vers l'avant du tamis, par un léger courant d'eau et à éliminer automa- tiquement la couche de grains lourds en la laissant déborder latéralement au-dessus de déversoirs appropriés, comme le montre la fig. 3.
Dans cette figure, qui est une coupe transversale d'un tamis horizontal immergé dans l'eau, 1 représente la couche de grains lourds alimentés par l'arrivée continue des produits bruts à séparer. Sous l'influence de l'épaisseur de cette couche qui tend toujours à augmenter, les grains qui la constituent s'écoulent d'une manière continue dans deux compartiments latéraux 2, en passant sous deux tôles longitudinales 3 parallèles aux bords du cadre du tamis et sont évacués automatiquement à l'extérieur, sous une char- ge constante.
4 représente la couche de grains légers évacuée vers l'avant du tamis et, par suite, isolée complètement des grains lourds.