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"Procédé de séparation mécanique de mélanges de matières, en particulier de mélanges minéraux à gros grains ".
L'invention concerne un procédé de séparation mécanique de mélanges de matières, en particulier de mélanges miné- raux à gros gràins, procédé par lequel les procédés de trai- tements usités jusqu'ici pour la séparation de mélanges miné- raux sont enrichis par une opération basée sur des principes entièrement nouveaux.
Pour la séparation de mélanges minéraux à gros grains, on ne connaissait jusqu'ici, dans l'industrie du traitement préparatoire, que des procédés suivant lesquels la'séparation mécanique des matières est effectuée essentiellement par l'u- tilisation de différences existant relativement au poids spé- cifique ou à la capacité d'aimantation.
La condition première pour la possibilité d'utiliser les procédés correspondants de préparation de gros grains, tels que le+travail de sédimenta- tion ou la séparation magnétique, procédés qui, pratiquement, sont les seuls pouvant être envisagés pour la séparation mé- caniue de mélanges de matières à gros grains, ou bien la
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condition première pour la possibilité de séparer des mélan- ges de matières en gros morceaux, sont par conséquent,la présence de différences correspondantes entre les propriétés physiques indiquées pour les différents éléments du mélange.
Cette condition a pour effet que des limites sont tracées au traitement de préparation des gros grains, limites qui rendent extrêmement difficile ou même impossible le traite- ment de préparation de ces mélanges à gros grains dont les éléments ne présentent que de façon insuffisante ou pas du tout ces différences entre les propriétés de séparation. Ceci est le cas notamment, pour la plupart des minéraux utilisables non métalliques.
C'est ainsi par exemple qu'il n'était pas possible jusqu'ici de séparer mécaniquement les mélanges à gros grains de phosphorite et de quartz ou de magnésite et de silicates minéraux, ou de kalkspath, ou calcite, et de quartz, La Flottation permet bien de séparer les mélanges de ce genre, mais pour que l'application de ce procédé de séparation soit possible, il faut que les matières à séparer soient soumises à un broyage les réduisant à l'étade matière fine, ce qui est, d'une part, fréquemment incompatible avec l'application envisagée lorsqu'il s'agit de minéraux non métal- liques, et, d'autre part, impraticable dans la plupart des cas pour des raisons d'ordre économique.
Suivant l'invention, la séparation des mélanges de miné- raux ne pouvant pas être soumis jusqu'ici au traitement de préparation en gros morceaux, est rendue possible par une dif- férence artificielle établie entre la capacité d'adhérence des divers éléments du mélange sur des masses anorganiques ou organiques à adhérence, les différences d'adhérence ainsi créées étant utilisées pour la séparation .
On a trouvé, par des recherches systématiques,que les corps hydrophiles adhèrent aux masses hydrophiles à adhérence avec une intensité sensiblement plus grande que les co,rps
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hydrophobes. Inversement, les corps hydrophobes adhèrent aux masses hydrophobes à adhérence plus fortement que ne le font les corps hydrophiles. Or, comme la plupart des miné- raux, notamment les oxydes métalliques, les carbonates,ainsi que les minerais de métaux alsalino-terreux et les minéraux silicatiques sont, à l'état naturel, plus ou moins également hydrophiles, ils présentent les mêmes phénomènes d'adhérence et ils ne peuvent par conséquent pas, à l'état naturel,être séparés par les masses à adhérence qui viennent d'être ci- tées.
Suivant l'invention, on obtient les différences d'adhé- rence en vue de la séparation de minéraux par un traitement préparatoire des mélanges de minéraux à gros grains à sépa- rer, traitement au cours duquel on donne aux différentes sortes de minéraux du mélange des degrés d'humectabilité dif- férente, après quoi on les sépare au moyen de matières à adhérence hydrophiles ou hydrophobes. Ce traitement prélimi- naire est effectué essentiellement au moyen de solutions ou d'émulsions aqueuses de réactifsorganiques, les mélanges de minéraux à séparer étant mis en contact intense avec ces solutions ou émulsions. En principe on peut utiliser à cet effet, les réactifs connus par leur application à la flotta- tion et jouant le rôle d'agents "collecteurs" en provoquant les différences de flottabilité par adsorption sélective.
Comme pour la flottation, la sélectivité de l'adsorption peut aussi être provoquée ou renforcée, dans ce traitement préala- ble,par des réactions intermédiaires au moyen d'une addition de réactifs anorganiques, tels que des acides ou des bases, pour agir sur la concentration des ions d'hydrogène de la solution. Les masses à adhérence pouvant être envisagées sont tous les ciments, mastics et agglutinants ou colles dans le sens le plus large du mot, ayant une nature nettement hydrophobe ou hydrophile, entre autres aussi de l'eau qui se
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congèle ou de la glace et des matières organiques plus ou moins solides telles que l'asphalte, le goudron, le bmi, le bitume, les cires, les corps gras, les résines naturelles ou artificielles, les différentes sortes de colles, etc..
Le principe fondamental du nouveau procédé est donc basé sur l'utilisation des propriétés de surfaces limites, qui ont l'avantage, que l'on peut facilement agir sur elles au moyen de réactions superficielles pour provoquer des effets de sé- parution déterminés. C'est la première fois que cette possi- bilité est utilisée,suivant l'invention, pour séparer des mélanges de matières à gros grains.
La flottation part aussi des propriétés des surfaces limites, mais alors que dans le cas de.la flottation la séparation des grains convenablement traités au préalable est effectuée par enchaînement diffé- rentiel avec des bulles d'air qui montent dans l'eau, ce qui, en raison de ce que les efforth d'adhérence efficaces Entre le minéral et l'air sont extrêmement faibles,n'est possible qu'avec des grains d'une finesse correspondante, de 0,5 mm de diamètre tout au plus, des efforts d'adhérence sensible- ment plus intenses sont disponibles pour l'application du nouveau procédé.
Le nouveau procédé permet donc, par l'appli- cation des matières à adhérence plus ou moins solides citées plus haut, de saisir des grains ou morceaux d'un diamètre allant jusqu'à 100 mm et davantage, cet avantage du traitement de mélanges de matières à gros grains et la différenciation artificielle de la capacité d'adhérence sont en même temps les deux caractéristiques par lesquelles le nouveau procédé se différencie aussi du procédé dit par contact et suivant lequel des mélanges de minéraux à grains fins en suspension dans l'eau et dont les grains ont un diamètre d'environ 0,5 mm sont rais en contact avec des liquides organiques, auxquels doi- vent rester adhérents de préférence, les minéraux hydrophobes ou carbophiles par nature, tels que le graphite et les sulfu- res métalliques,
tandis que les minéraux hydrophiles par nature et de la nature de la gangue, tels que le quartz, le kalkspath
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etc.. ont nette tendance à un degré moindre. Abstraction d'u- ne application occasionnelle au traitement préparatoire de sables diamantifères, ce procédé n'a pu acquérir aucune im- portance pratique et il y a longtemps qu'il a été supplanté par la flottation.
Les raisons pour lesquelles le procédé par contact n'a pas donné de résultat sont d'abord le fait qu'en ce qui concerne son application industrielle ce procédé est limité aux mélanges à grains fins, en outre et notamment le fait que son application ne peut être envisagée que pour des mélanges de matières dont les divers éléments présentent, à l'état naturel, des différences appropriées quant à leur pouvoir adhérant. De plus, les minéraux à grains fins étaient souillés par les matières d'adhérence huileuses, qui étaient ainsi perdues ou qu'il fallait récupérer au moyen de manipula- tions compliquées et coûteuses.
Vis-à-vis de ce procédé par contact le nouveau procédé est entièrement indépendant de la présente de différences naturelles dans le pouvoir adhérant des éléments à séparer et il est applicable aussi à des gam- mes de grosseurs de grains ou morceaux auxquelles le procédé par contact ne l'est pas.
On exposera maintenant, en se référant à des essais qui ont été effectués en pratique, le mode de fonctionnement du procédé qui vient d'être décrit, et ses résultats quantà la séparation obtenue. On citera d'abord, à titre d'exemple,des essais qui ant été faits sur un mélange naturel de nodules de phosphorite et de galets quartzeux en morceaux d'environ 30 à 60 mm de diamètre, parce que ce mélange de matières à gros grains montre particulièrement bien les avantages du procédé, en ce sens qu'il ne peut être séparé mécaniquement par aucun des 'procédés connus jusqu'ici pour la préparation de matières à gros grains,, à cause de l'absence de différences appropriées entre les propriétés physiques das deux sortes de matières qui le composent.
Pour ces essais on a utilisé, une fois une masse à adhérence constituée par une couche de glace produite sur
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un support, et dans un autre cas un support garni d'un ag- glutinant nettement hydrophobe. Ce dernier était constitué par un bitume de naphte ayant un point de fusion d'environ 40 . Si l'on place ce mélange de minéraux constitués par des nodules ou galets de phosphorite et de quartz, sans aucun trai- tement préalable, uniquement après rinçage et humectage avec de l'eau, sur une des deux masses à adhérence citées plus haut, voici ce qui se passe. Sur la couche de glace les nodu- les de phosphorite/3 se congèlent en adhérant fortement, ainsi que les grains de quartz, de sorte que les deux minéraux res- tent adhérents lorsque l'on retourne le support.
Appliqués sur la masse organique à adhérence, par contre, ni les nodu- les de phosphorite, ni les grains de quartz ne tendent à se lier à la masse à adhérence. Cela est dû au fait que les deux minéraux sont, à l'état naturel, hydrophiles au même degré et qu'ils adhèrent par conséquent ensemble à la couche de glace qui est hydrophile, tandis qu'ils n'adhèrent en aucune façon à la masse organique à adhérence, qui est hy- drophobe. A l'état naturel il manque donc aux deux sortes de minéraux un pouvoir adhérant différentiel, de sorte qu'une séparation matérielle n'est pas possible de cette façon.
Pour assurer cependant la séparation avec les masses adhérence qui viennent d'être citées on a d'abord soumis le mélange de minéraux à un traitement préalable, suivant l'invention, pour différencier artificiellement les pouvoirs adhérants.A cet effet, on a malaxé le mélange de minéraux énergiquement pendant minutes environ avec une solution aqueuse, à 2 % environ, de palmitate de sodium. Au cours de ce traitement préalable, il se produit une adsorption sélective de palmita- te à la surface des grains de phosphorite qui, par suite de ce dépôt s'humectent mal, tandis qu'aucun dépôt ne se produit sur les grains de quartz, de sorte que ces grains conservent leur bonne capacité d'humectage primitive.
Après le traite- ment préalable ainsi décrit, et apis rinçage avec de l'eau
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pure, on a placé le mélange de minéraux sur une couche de glace . Au bout d'une minute environ les grains de quartz étaient fortement congelés, tandis que les grains de phos- phorite tombaient lorsque l'on retournait le support portant la couche de glace. C'est l'inverse qui sa produisait lors- que le mélange de minéraux préalablement traité et rincé avec de l'eau pure était placé sur la masse organique à adhérence spécifiée en détail plus haut. Dans ce cas les grains de phosphorite collaient fortement à la masse à adhérence au bout de deux minutes environ,tandis que les grains de quartz tombaient lorsque l'on retournait le support.
Le fait que les grains de phosphorite adhéraient fortement à la masse organi- que à adhérence dans ce cas est dû à ce que les grains de phosphorite s'étaient recouverts, par le dépôt de palmitate, d'une couche organique, s'humectant mal, d'un ordre de gran- deur moléculaire, se distinguant par une certaine affinité pour la masse organique à adhérence.
Le tableau suivant donne, en chiffres,le résultant obte- nu pour la séparation matérielle du mélange dans le cas de ce dernier essai.
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Produit <SEP> :Poids <SEP> % <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> phos-: <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> rendement <SEP> en
<tb> : <SEP> phorite <SEP> en <SEP> % <SEP> quartz <SEP> en <SEP> % <SEP> phosphorite
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯en <SEP> %
<tb>
<tb> concentré <SEP> 50,00 <SEP> 98,00 <SEP> 2,00 <SEP> 94,00
<tb> déchets <SEP> : <SEP> 50,00 <SEP> 6,00 <SEP> 94,00 <SEP> 6,00
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<tb>
<tb> :matière <SEP> :100,00 <SEP> 52,00 <SEP> 48,00 <SEP> 100,00
<tb> :première <SEP> : <SEP>
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L'essai analogue effectué avec de la glace servant de matière à adhérence a donné,pour la séparation,desrésultats numériques tout-à-fait semblables aux précédents.
De la même façon fondamentale et à l'aide des mêmes réac- tifs pour le traitement préalable,on a pu traiter aussi d'au- tres minérais de-métaux alcalino-terreux tels que le kalkspath la dolomite, la magnésite, le spath fluor, la strontianite,
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la célestine, la barytine, etc.., ainsi que des minerais de métaux lourds de nature oxydique aussi bien que de nature sulfitique, tels que le carbonate de fer (sidérose), la galè- ne, etc.., pour les séparer du quartz et d'autres minéraux de la nature de la gangue, en grains ou morceaux d'un diamè- tre allant de 5 mm à plus de 100 mm.
On citera encore les ré- sultats de séparation obtenus au cours des nombreux essais qui ont été effectués sur des mélanges suivants: magnésite - serpentine, ainsi que carbonate de fer - quartz, et à ce su- jet, il y a lieu de remarquer qu'il s'agit dans tous ces cas de mélanges naturels simplement triés au moyen de tamis pour assurer une meilleure séparation.
E X E M PL E . a) Hélange à séparer : magnésite - serpentine , grains de 10 à 30 mm, traitement préalable et masse à adhérence comme pour l'essai décrit ci-dessus pour le mélange phosphorite - quartz.
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:Produit <SEP> Poids <SEP> :Teneur <SEP> en <SEP> magné- <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> ser- <SEP> Rendement <SEP> en
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<tb> :site <SEP> en <SEP> % <SEP> :pentine <SEP> en <SEP> % <SEP> :magnésite <SEP> en
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<tb> %
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<tb> :concentré: <SEP> 27,00 <SEP> 95,00 <SEP> 5,00 <SEP> : <SEP> env. <SEP> 95,00
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<tb> déchets <SEP> 73,00 <SEP> 2,00 <SEP> 98,00 <SEP> 5,00
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<tb> matière
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:prerllière .100,C)O S7,SO 72,80 100,00 b) mélange à séparer:
carbonate de fer-quartz ,grains de 20 à 35 mm,traitement préalable et masse à adhérence comme pour l'essai décrit plus haut pour le mélange de phosphorite et de quartz
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<tb> Produit <SEP> poids <SEP> en <SEP> ;Teneur <SEP> en <SEP> :Teneur <SEP> en <SEP> Rendement <SEP> en <SEP> car-
<tb> :carbonate <SEP> quartz <SEP> en <SEP> ; <SEP> bonate <SEP> de <SEP> fer <SEP> en
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯défèrent <SEP> % <SEP> : <SEP> % <SEP> @
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<tb> concentré <SEP> 63,00 <SEP> 96,7 <SEP> 3,3 <SEP> :
<SEP> env. <SEP> 97,00
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¯duchets 37,00 4,,2 95,8 3,z00
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<tb> :matière
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<tb> première <SEP> 100,00 <SEP> 6214 <SEP> 37,6 <SEP> 100,00
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Pour la séparation des mélanges de minéraux cités plus haut, on a pu également utiliser avec le même effet d'autres sels d'acides gras tels que l'oléate de sodium, et enfin aussi de 1'-acide oléique sous forme d'émulsion aqueuse. On a constaté d'ailleurs, en général, au cours des essais, que les réactifs organiques polaires, en particulier ceux de na- ture très moléculaire, conviennent bien pour la différencia- tion artificielle des pouvoirs adhérants des différentes sortes de matières.
Lorsqu'il s'agit de minéraux carbophiles, tels que le charbon, le graphite et les composés minéraux sulfitiques, l'on peut utiliser aussi dansle même but des huiles ordinaires telles que l'huile de goudron, de houille et des huiles analogues.
Des recherches systématiques ont également permis de constater qu'en ce qui concerne les différences de pouvoir adhérant obtenues par le traitement préalable, il est possi- ble de les renforcer en séchanles mélanges de minéraux après le traitement préalable ou en les mettant de façon intense en contact avec de l'air. Dans ce cas il faut en core rincer les mélanges avec de l'eau avant de les appliquer sur la masse à adhérence. En ce qui concerne la forme de la cou- che de masse à adhérence on a pu constater qu'une forme plane convient généralement bien. Dans certains cas,par exemple, lorsqu'il s'agi de grains relativement fins ou de grains de forme aplatie, qu'un certain profil. de la masse à adhérence, par exemple un profil rappelant des cannelures, peut être avantageux.
La durée de l'opération d'adhérence a une importance particulière pour l'application pratique du procédé, notam- ment en ce qui concerne le débit. Au cours des essais mention- nés plus naut, pour lesquels les grains préalablement traités ont été simplement posés sur les masses organiques à adhéren- ce,l'adhérence ferme ne s'est produite qu'au bout de deux mi- nutes environ. Or on a constaté que l'on peut accélérer et en
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même temps renforcer l'adhérence des grains aux massesà adhérence plus ou moins solides en ramollissant des masses légèrement et momentanément à la surface .
On peut obtenir ce résultat par chauffage suivi de refroidissement aussi bien que, d'une façon plus simple,par une application,sur la masse
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der eN) à adhérence, d'un ramollisss'aNst très NÉîXN dilué: Le degré de dilution doit être, de préférence, tel que cette application ne produise qu'une pellicule très mince à la surface de la niasse à adhérence. Lorsque l'on utilise des masses organiques à adhérence solides, on a constaté que l'application d'une émulsion aqueuse, à 1 %environ, de naphte, d'essence de pé- trole, de benzol ou d'autres liquides organiques,est extrême- ment efficace dans ce but. On peut encore accélérer l'adhé- rence en humectant, avec les liquides cités, les mélanges de minéraux préalablement traités,au lieu d'enduire la masse à adhérence.
En tout cas on donne ainsi une surface particu- lièrement agglutinante aux masses à adhérence plus ou moins solides,sans perdre l'avantage de la solidité de la masse à adhérence, avantage qui consiste en ce que les grains adhé- rents sont à peine souillés par la masse à adhérence et que les pertes de masse ' adhérence sont tout-²fait insignifiantes.
Four que les renseignements donnés soient complets, on ajou- tera que l'on peut utiliser aussi des gaz ou des vapeursde matières organiques pour le traitement de la surface de la masse à adhérence.
Un autre mode opératoire qui a été reconnu avantageux pour accélérer l'opération d'adhérence et renforcer l'inten- sité de l'adhérence, consiste à appliquer le procédé de fa- çon que les grains soient mis en contact sous une certaine pression d'application avec la masse à adhérence. On peut obtenir ce résultat par exemple en faisant en sorte que les grains qui se trouvent sur le support à adhérence soient ap- pliqués sous pression au moyen d'une plaque élastique,en caoutchouc spongieux par exemple. L'utilisation d'un agent
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élastique se recommande en raison des différences de grosseur des divers grains des minéraux à séparer.
En appliquant une pellicule ramollissante et en appliquant les grains sous pres- sion sur la masse à adhérence, on a pu, comme l'ont montré des essais effectués de cette façon, abréger l'opération d'adhérence et la réduire à un laps de temps d'une seconde et moins. L'application sous pression peut aussi être détenue d'une façon différente, par exemple par des effets dus à la force centrifuge.
Les différentes opérations indispensables, suivant l'in- vention, pour obtenir un effet de séparation,peuvent être rendues continues par une combinaison judicieuse d'appareils et..de dispositifssimples de construction essentiellement connus. C'est ainsi par exemple que le traitement préalable peut avoir lieu dans des tambours rotatifs semblables aux tambours de lavage et de débourbage connus. Pour l'applica- tion du procédé d'adhérence proprement dit, on peut envisager par exemple, des dispositifs du type représenté dans le des- sin annexé.
L'appareil représenté schématiquement dans la fig. 1 est constitué essentiellement par le ruban transporteur a et par un ruban b, également sans fin, qui se trouve au-des- sus et qui est' aussi en mouvement. Les deux flèches tracées indiquent le sens du mouvement des deux rubans. Le ruban in- f érieur a porte une garniture élastique, en caoutchouc spon- gieux par exemple, tandis que le ruban supérieur b est recou- vert d'une masse à adhérence, par exemple de bitume de naphte.
Le mélange de minerais à séparer, mélange qui a été préalable- ment traité, conformément à l'invention,arrive sur le ruban a au sortir de la trémie de distribution ± et il est amené par ce ruban sous le ruban supérieur b. Les rouleaux à pres- sion d et e rapprochent les deux rubans a et b l'un de l'au- tre jusqu'à ce que la masse à adhérence du ruban b vienne en contact sous une certaine pression d'application,avec les
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grains qui se trouvent sur le ruban a.
Si le mélange de grains à séparer est, par exemple, un mélange -traité au préalable, par une solution aqueuse à 2 % environ de palmitate de so- dium, - de phosphorite etde cluartz, seuls les grains capa- bles d'adhérer, c'est-à-dire dans ce cas les grains de phos- phorite, restent collés au ruban b qui, jouant le rôle de ruban séparateur,les entraîne jusqu'au dispositif racleur f . Les grains de quartz par contre , qui ne peuvent pasad- hérer, restent sur le ruban de transport a et ils sont reje- tés au moment où le ruban change de sens de marche, de la façon représentée dans le dessin. Le liquide nécessaire pour produire la pellicule ramollissante est envoyé sur le ruban b par le tuyau d'arrosage g, mais ce résultat peut aussi être obtenu au moyen d'un rouleau humecteur ou de dispositifs analogues.
Lorsque la masse à adhérence est ramollie à la sur- face par chauffage, puis refroidie ensuite, ou bien lorsque l'on utilise de la glace et qu'il faut par conséquent mainte- nir une basse température appropriée, on utilisera des dispo- sitifs convenables pour le chauffage et le refroidissement.
La fige 2 est une vue d'un autre exemple de réalisation d'un appareil propre à l'application du nouveau procédé.
Au lieu du ruban séparateur ± représenté dans la fig. 1, cet appare.il comporte un ou plusieurs rouleaux séparateurs b1, b2, b3 garnis de masse à adhérence. Pour le reste le mode de fonctionnement de ce type d'appareil résulte,avec les mo- difications voulues par le sens,de l'explication donnée pour la fig. 1. Lorsque l'on utilise les rouleaux séparateurs du type représenté dans la fig. 2, le ruban d'apport a peut aussi être remplacé par une table tournante, les rouleaux sépara- teurs qui, dans ce cas, sont coniques, étant disposés en cer- cle. Le ruban d'apport peut aussi être remplacé par un rou- leau d'apport. Dans les exemples de réalisation des fig. 1 et 2, la garniture élastique, qui peut être par exemple en caoutchouc spongieux, se trouve sur le ruban d'apport.
Comme
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il importe se&lement que l'application des grains sous pres- sion ait lieu à l'aide d'un agent élastique pour compenser les inégalités dues aux différences de grosseur entre les grains, on peut aussi utiliser d'autres dispositifs appro- priés pour l'application de l'agent élastique. La garniture élastique peut être appliquée par exemple, sur les rubans séparateurs ou sur les rouleaux séparateurs et servir ainsi en même temps de support pour la masse à adhérence.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit en détail ci-dessus et l'on peut au contraire, en particulier en ce qui concerne la construction de l'appareil utilisé pour l'application du nouveau procédé , ainsi que la nature des masses à adhérence, apporter de nombreuses modifi- cations sans sortir du cadre de l'invention.