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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION Perfectionnements à la séparation des matières solides
Cette invention est relative à la séparation des matières solides et elle est décrite ci-après plus particulièrement dans son application au lavage et à la classification du charbon, le charbon étant lavé pour le séparer des schistes et le charbon lavé étant classé en même temps.
Dans ce genre de séparation, la couche de charbon difficile à classer, qui se forme dans un classeur hydraulique à courant ascendant, a toujours gêné notablement le fonctionnement et il n'était guère possible de traiter chaque "couche" de la colonne à l'aide du courant d'eau convenant juste le mieux pour produire la séparation voulue, en raison de la présence dans la
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colonne, d'autres "couches" de caractère différent.
-Dans les dessins annexés .
Fig.l est une vue en plan de l'appareil ;
Fig. 2 est une vue de côté;
Fig.3 est une vue en plan fragmentaire de la boîte à déversoir; Fig.4a est une coupe transversale de la boîte., faite sensiblement suivant la ligne 4-4 de la Fig.3; Fig.5 est une coupe verticale, à plus grande échelle, faite sensiblement suivant la ligne 5-5 de la Fig.l;
Fig. 6 est une vue en plan de la partie supérieure des compartiments de séparation;
Fig. 7 est une vue de côté de la construction représentée sur la Fig.6;
Fig.8 est une coupe faite sensiblement suivant la ligne 8-8 de la Fig.6;
Fig. 9 est une vue en plan de la cuve logeant le rotor;
Figs.10 et 11 sont respectivement une vue en plan et une vue en élévation de la came fixe actionnant les secteur@ à bascule;
Fig. 12 est une coupe verticale fragmentaire d'un détail, faite sensiblement suivant la ligne 12-12 de la Fig.6 et montrant le déversoir de nivellement; Fig.13 est une vue en plan du "panier" du rotor et de ses secteurs à bascule perforés ;
Fig.14 est une coupe faite sensiblement suivant la ligne 14-14 de la Fig.13; Fig.15 est une coupe développée faite sensiblement suivant la ligne 15-15 de la Fig.6;
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Fig.16 montre une arrivée d'air.
Sur les Figs.l,2,5,6,9,13 et 15, l'appareil est constitué par une cuve cylindrique 1 dont le fond 2 comporte une série d'entrées d'eau également espacées 3a à 3e et une ouverture de déchargement inférieure 4. La. partie supérieure 5 comporte des auges 6a à 6e en ligne avec les intervalles en- tre deux entrées d'eau adjacentes ou entre une entrée d'eau et l'ouverture de déchargement 4, selon le cas envisagé. Axiale- ment à l'intérieur de la cuve 1 est monté un rotor 7-8 compre- nant un élément 7 appelé ci-après "panier" et un élément 8 ap- pelé ci-après "virole", qui peuvent tourner indépendamment l'un de l'autre. La virole est ouverte au-dessus et en-dessous ; panier est ouvert au-dessus, mais a un fond. Chacun comporte des cloisons 9 ou 10.
Le fond se compose de secteurs perforés 11 articulés sur les extrémités inférieures des cloisons 9; les secteurs sont normalement maintenus fermés, mais on peut à l'oc- casion les faire basculer au-dessus de l'ouverture de décharge- ment inférieure 4. Il est prévu une goulotte d'alimentation 12.
La construction présente en fait une série de colonnes hydrau- liques (en l'occurrence disposées en segment de cercle), chaque colonne étant définie, au point de vue constructif, par une en- trée d'eau, une chambre 13 (Fig. 6) prévue verticalement entre deux trémies de déchargement ainsi que des chambres en forme de secteur (comprises entre les cloisons 9 du panier ¯.et entre les cloisons 10 de la virole) qui communiquent verticalement entre elles et avec la chambre 13 et l'entrée d'eau. Les condi- @ tions hydrauliques diffèrent selon les différences des intensi- tés des courants d'eau.
En fonctionnement normal, les courants d'eau sont réglés de manière qu'ils s'intensifient et que les conditions hydrauliques deviennent plus vigoureuses de colonne en colonne
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dans le sens de déplacement des éléments du rotor depuis l'entrée de matière 12 jusqu'à la sortie de matière 4. Les éléments du rotor tournent de manière continue dans le même sens, c'est-à-dire en sens inverse des aiguilles d'une montre sur la Fig.l et de gauche à droite sur la Fi g.15. Dans un cas où la proportion de matière "lourde", c'est-à-dire de matière qu'il faut décharger au fond de l'appareil, par exemple la teneur en schistes du charbon, est faible, on fait tourner le panier plus rapidement que la virole, la différence de vitesse dépendant des circonstances.
Bien qu'on ait prnvu en l'occurrence cinq colonnes, le nombre de colonnes ne doit être choisi que selon le degré de séparation exigé. En outre, bien ou'on ait représenté la colonne recevant directement le debit de ma- tière comme étant associée à une entrée d'eau pour une séparation à courant ascendant, on peut dans certains cas atténuer la circulation d'eau dans une mesure telle que cette colonne se compose d'eau pratiquement stagnante et qu'il ne s'y produise qu'une simple (mais brève) sédimentation non-entravée, cette eau étant néanmoins une "colonne" au présent point de vue.
Lorsque les éléments 7 et 8 passent sous la chambre 13, il y entre une portion de charge brute et la séparation en constituants séparables hydrauliquement commence; les constituants "légers" le mieux différenciés s'élèvent, si l'on suppose l'existence d'un courant ascendant suffisant (ou au moins il "traînent" lorsqu'on,n'emploie pas de courant ascendant), les constituants "lourds" le mieux différenciés descendent le plus rapidement et les constituants moins bien différenciés s'accumulent à mi-chemin à la partie supérieure de la colonne dans l'espace auquel correspond pratiquement la virole.
De manière analogue, le panier et les compartiments situés au-dessus de la -virole et constitués par les auges radiales inclinées, correspondent au point de vue de l'emplacement et de la hauteur à
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1.'emplacement et à l'épaisseur des couches de constituants lourds et légers, respectivement. Les hauteurs.du panier, de la ou des viroles et des compartiments supérieurs sont telles qu'il le faut pour assurer la délimitation en zones voulue.
(Les termes "constituants légers", "intermédiaires" et "lourds" sont employés pour désigner des caractéristiques de séparation réciproque, peu importe qu'elles soient dues à des différences de poids spécifique, de poids absolu, de grosseur, de forme ou de n'importe quel autre facteur, plutôt que pour désigner nécessairement des différences de poids spécifique) . -Quand l'o- pération continue dans cette colonne, dans l'hypothèse d'un dé- bit continu, la "zone" ou "couche" d'accumulation de constitu- ants intermédiaires tend à s'agrandir et à gêner et influencer défavorablement le fonctionnement.
Toutefois,dans l'appareil conforme à la présente invention, la couche de constituants intermédiaires et la cou- @ che de constituants lourds peuvent subir un déplacement inté- gral l'une par rapport à l'autre ainsi que par rapport à la couche supérieure de constituants légers.
Par suite, aussitôt que l'une ou l'autre des couches déplaçables atteint un état de séparation, de densité ou de n'importe quel autre facteur, tel que l'une des couches pourrait être mieux traitée dans d'autres conditions hydrauliques (par exemple dans des condi- tions de circulation plus intense), qui différent de celles existant dans la colonne en question, et/ou que l'autre couche pourrait être mieux traitée dans la colonne en question si l'on retirait de celle-ci la première couche, on peut immédiatement apporter le changement voulu en déplaçant l'un ou les deux élé- ments du rotor.
En fait les deux conditions - savoir qu'une cou- che soit prête pour d'autres conditions hydrauliques et ,que l'autre couche soit dans un état qui permettrait un meilleur
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traitement si la première couche était retirée de la colonne en question - se produisent à des moments suffisamment rapprochés pour qu'on puisse, en pratique, satisfaire simultanément aux deux.
C'est-à-dire qu'un déplacement vers l'avant de l'une des couches, par exemple de la couche inférieure, tendant à amener cette couche sous l'influence du courant hydraulique différent, a aussi pour effet, si le réglage chronométrique est correct, de faire cesser au moment approprié la communication directe de l'autre couche, par exemple de la couche intermédiaire, avec la première couche, et en outre un déplacement de la couche inférieure et de la couche intermédiaire a aussi pour effet de faire cesser au moment approprié la communication directe de la couche supérieure avec les deux autres couches. Par ailleurs, pendant que les deux couches avancent, la différence de vitesse peut être choisie de manière à établir et à maintenir la communication ou la séparation voulue entre ces couches.
Quand les couches avancent, elles sont évidemment triées de la manière requise, l'action de la deuxième colonne étant une continuation de la séparation amorcée dans la première colonne. La distance linéaire que doit parcourir une couche et la durée de parcours, ou en d'autres termes l'étendue du traitement avant déchargement, sont dictées par la nature de l'alimentation etc. En général, les conditions doivent être telles que la matière soit triée de manière que, finalement, la couche intermédiaire, débarrassée dans la mesure du possible des constituants légers et lourds, puisse être déchargée séparément en vue de tout traitement ultérieur voulu.
Etant donné que, d'autre part, les matières légères ou intermédiaires qui sont emportées (par exemple mécaniquement) dans la couche inférieure quand on introduit la charge, sont dans une large mesu-
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re de nature telle qu'on peut les extraire facilement et ra- pidement de la couche inférieure, et qu'en outre, dans le cas du charbon, la proportion de schistes est relativement faible, tandis que, d'autre part, la séparation correcte se produit moins facilement et rapidement dans la couche médiane, ou peut faire avancer la couche inférieure dans un courant d'eau plus intense plus tôt qu'il ne faut y faire avancer la zone inter- médiaire.
Avec d'autres matières et/ou une plus grande propor- tion de constituants lourds, cet état de choses peut se retour- ner, imposant pour la couche intermédiaire une plus grande vi- tesse que pour la couche inférieure.
Quand les secteurs du panier, dont le contenu a été suffisamment traité dans la première colonne, tournent ou se déplacent vers l'avant hors de la colonne, ils sont remplacés par des secteurs vides avançant depuis la position de déchargement, et ceux-ci se chargent à leur tour, leur contenu subit un traitement initial et les secteurs avancent ; il en est de même pour les secteurs de la virole. Il en résulte l'avantage que en raison du remplacement continuel de couches traitées par une matière fraîche, la teneur en matières de la colonne est tou- jours celle pour laquelle les conditions hydrauliques établies conviennent le mieux. Un commentaire analogue s'applique à la colonne dans laquelle les secteurs s'engagent.
La fonction de l'eau de circulation hydraulique comme séparateur à colonnes n'est guère gênée par la nécessité d'imposer à l'eau la fonction d'un véhicule ayant pour tâche de déplacer les couches latéralement de colonne en colonne. Cette fonction est exécutée par le panier et la virole (bien que le rotor ne soit pas étanche à . l'eau entre sa virole et son panier et qu'il ne soit point logé dans la cuve de manière étanche, de sorte que la cuve entière se
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remplit d'eau depuis les entrées d'eau dans la mesure où elle n'est pas occupée par le charbon, il n'en reste pas moins que les différents débits d'eau, les cloisons verticales radiales du rotor et les compartiments de déchargement radiaux, créent dans la mesure des désidérata pratiques des colonnes hydrauliques de caractéristiques différentes,
fonctionnant individuellement).
Un courant ascendant dans l'enceinte chargée la première (en l'occurrence le premier compartiment) est avantageux parce qu'une séparation opérée par des particules montantes est amorcée dans une phase plus avancée du cycle, et qu'il se produise une meilleure séparation dans le panier pendant qu'on le charge. Toutefois, le panier doit se remplir sensiblement jusqu'à sa capacité totale pendant qu'il passe sous la charge.
Par suite, la question qui s'impose est celle de la vitesse de chute libre de la matière dans le liquide: si cette vitesse n'est pas suffisamment élevée pour assurer que le panier, à sa vitesse d'entraînement, se charge adéquatement durant le temps où il passe sous la charge, on n'emploie pas, de préférence, un courant ascendant; mais si la vitesse de chute est plus élevée, on peut employer un courant ascendant à condition que celui-ci permette encore de charger adéquatement le panier. Une diminution de la vitesse du panier permet un accroissement de la vitesse du courant, et vice versa.
Description détaillée de l'appareil:
La cuve'1 comporte un fond 2, une paroi latérale 14 et une partie supérieure 5. Le fond comprend des entrées d'eau coniques 3a à 3e également espacées par les brides 15 et disposés en segment de cercle. Entre la première et la dernière entrée est située une sortie de matières 16 communiquant avec l'enveloppe 17 d'un transporteur 18. Cha.cune des entrées 3a à 3b
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comporte un tamis égalisateur 19. Le fond comporte une came fixe 22 pour actionner les secteurs 11.
La partie supérieure circulaire 5 portée par la paroi latérale cylindrique 14 comporte des auges de déchargement radiales espacées 6a à 6f fermées à leur extrémité par la paroi annulaire descendante 23, et une auge collectrice entourante 24 dont les extrémités sont fermées par des parois d'extrémité 25,25. Les auges 6d et 6e sont pourvues chacune d'une cloison 26d ou 26e qui les divise en deux. Il est aussi prévu une porte déplaçable 27 qui sert de prolongement pour la cloison 26d ou 26e, la porte 27 pouvant être introduite facultativement dans des rainures 27d ou 27e. La porte 27 coopère avec la cloison 26d ou 26e pour fermer transversalement l'auge 24.
L'auge 24 comporte une double sortie constituée par une goulotte 28 communiquant avec l'auge 24 à gauche (Fig.6) de la cloison 26e et des rainures 27e par une goulotte de déchargement 29 communiquant avec l'auge 24 à droite (Fig. 6) de la cloison 26d et des rainures 27d. Les goulottes sont disposées l'une au-- dessus de l'autre pour communiquer chacune de son côté en 30 (pour la goulotte 28) ou en 31 (pour la goulotte 29) avec la moitié correspondante d'un tamis de drainage et de triage 32.
Les produits élevés hydrauliquement hors des intervalles entre les auges 6a, 6b, 6 c & 6d sont délivrés par la goulotte 29 à la moitié 31 du tamis et les produits élevés par'les intervalles entre les auges 6e et 6f sont délivrés par la goulotte 28 à la moitié30 du tamis. Les produits s'élevant par les intervalles entre les auges 6d et 6e peuvent être envoyés soit à la goulotte 28; en disposant la porte 27 en 27d, soit à la goulotte 29 en disposant la porte 27 et 27 e. Pour régler le niveau de débordement, les côtés des auges 6a à 6f et le côté intérieur de l'auge 24 comportent des éléments de hauteur réglable 63 bloqués sur la paroi correspondante au moyen d'un assem-
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blage à plaque et boulon de serrage 64 (Fig.12).
Les produits provenant des trois premières colonnes hydrauliques ne sont pas séparés les uns des autres et sont recueillis ensemble; le produit provenant de la cinquième colonne est recueilli séparément ; le; produit. provenant de la quatrième colonne est recueilli conjointement avec ceux des trois premières ou avec celui de la cinquième, si on le désire. Toutefois, la séparation peut être opérée comme on le désire et on peut intercaler tout nombre approprié de cloisons, portes amovibles et goulottes.
Chaque élément de rotor comporte des cloisons radiales également espacées 9 ou 10 occupant toute la hauteur des parois. Ces cloisons sont disposées de manière à délimiter trois compartiments en forme de secteur sur la distance comprise entre une auge de déchargement telle que 6a et l'auge suivante telle que 6b.
Généralement, il est avantageux d'avoir un nombre de cloisons suffisant pour qu'il y ait au moins deux fois autant de compartiments en forme de secteur qu'il y a de compartiments ou poches supérieurs, et pour assurer l'élimination complète de courants transversaux, le nombre de cloisons doit être tel que l'une ou l'autre des cloisons de la virole (et du panier) soit toujours en ligne verticalement avec une bride comprise entre deux entrées contiguës, comme 3a & 3b, 3b et 3c, et ainsi de suite, et avec celles prévues pour 6a et pour 6b, et ainsi de suite, de manière à constituer une paroi initerrompue entre un courant et le courant suivant. Les dix-huit cloisons employées en l'occurrence satisfont entièrement à toutes les conditions.
Les cloisons du panier peuvent être omises, pratiquement, lorsqu'une séparation complète, en ce qui concerne le contenu du panier, est effectuée dans la première colonne,
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étant donné que la charge du panier' à transporter dans cette éventualité est suffisamment non-liquide pour être transportée en tout état de cause.
Le système de cloisons peut alors se réduire à un système de brides servant à relier entre .elles les parois intérieure et extérieure du panier, et les secteurs 11 peuvent être articulés par des pivots disposés aux extrémités des secteurs et montés dans ces.parois. D'autre.' part, lorsque le panier est divisé par des cloisons, il peut être entitérement ouvert au fond, et les entrées Sa à se .sont alors pourvues de tamis pour empêcher la matière de tomber dans les entrées. La virole 8 est rigidement attachée à l'aide de ses brides perforées 35 à l'arbre creux 36, en 37, et le panier est rigidement attaché en 38 à l'arbre 21, pour les faire tourner et pour les supporter.
Les arbres sont entraînés pat une roue à chaîne 41 par l'intermédiaire d'engrenages 42 et 43, le rapport des vitesses étant réglable en changeant de manière appropriée les engrenages. Les secteurs 11 sont percés de perforations 46 pour laisser passer les courants d'eau, et ces perforations sont suffisamment petites pour que la matière qu'on veut traiter dans l'appareil n'y passe point. Pour produire le mouvement de bascule, les secteurs 11 sont articulés indépendamment en 47 sur les bords inférieurs des cloisons 9. Normalement, chaque secteur est supporté dans la position fermée par la came 22 sur laquelle glisse un élément d'usure 48, mais en un endroit choisi de manière appropriée par rapport à l'ouverture de déchargement 4 la came 22 est interrompue, en 49, pour permettre au secteur de basculer.
La came comporte un dépassant 50 à saillie 51 pour venir en contact avec une saillie 52 et faire tourner le secteur. Le déplacement d'une saillie 48 de bas en haut suivant un bord incliné 53 de la came ramène le secteur en place avant qu'il atteigne la goulotte de chargement 12.
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Le système de débit d'eau comporte un réservoir 54 qui comprend un tuyau à vanne 55 arrivant de la source d'alimentation d'eau, un tuyau de trop-plein et un tuyau de purge à vanne 56. Un tuyau de circulation 57 mène à la pompe 58 qui élève l'eau par le tuyau élévateur 59 jusqu'à un réservoir à hauteur de chute constante 60 d'où l'eau est débitée aux entrées 3a à 3e et à la cuve 1 au-dessus de l'ouverture de déchargement 4 ainsi qu'au-dessus du centre de la, cuve.
Le réservoir 60, dont le dessus est ouvert, comporte des cloisons 61 et 62 portant sur la longueur du réservoir, la cloison 62 étant un déversoir. Il comporte un régulateur de niveau 63-64 (Fig. 4) portant sur la longueur de la cloison.
Le trop-plein s'en va par le tuyau 65 au tamis 32 et retourne au réservoir 54. La cloison 61 comporte des portes indépendantes 66 dont on peut régler la hauteur. Entre chaque porte et la suivante est située une cloison de compartimentage 67 par laquelle la chambre située en avant (en-dessous sur la Fig.l) de la cloison est divisée en poches indépendantes 68.
Des tuyaux 69a - 69e débouchent dans les entrées 3a - 3e et des tuyaux 69f et 69g débouchent dans la partie supérieure de la cuve, respectivement au-dessus de la sortie 4 et au-dessus du centre. Des portes 66 sont montées dans des coulisses 70 en vue d'un réglage vertical individuel à l'aide de volants à main 71. En réglant les portes, on peut donner le volume et la vitesse correspondante voulus aux courants ascendants s'élevant des entrées 3a - 3e et, partant, aux colonnes hydrauliques situées dans les intervalles entre les auges 6a, 6b, etc.
Les différents groupes entraînés peuvent être actionnés de toute manière appropriée. En l'occurrence, l'entraînement est produit par des moteurs électriques. En plus du moteur 82 entraînant le tamis 32, il est prévu des moteurs 85,86 et 87. Le moteur 85 entraîne une roue à chaîne 88 par l'intermé-
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diaire d'un engrenage démultiplicateur 89, et la roue à chaîne 88 entraîne la roue à chaîne 41 (Fig. 5) à l'aide d'une chaîne 90 de manière à entraîner le panier et la virole. Le moteur 86 entraine la pompe 58 par l'intermédiaire de l'accou- plement 91. Le moteur 87 entraîne le transporteur 18 par l'in- termédiaire de la transmission 92.
Pour agiter le contenu de la cuve ou pour y introduire simplement de l'air, il est prévu le dispositif représenté sur la Fig.16, qui remplit ces deux fonctions. L'entrée d'eau 3a comporte un col à lumières d'air 103 communiquant avec un collecteur 104. Celui-ci est alimenté d'air par un compresseur 105 par l'intermédiaire d'un tuyau à vanne 106. On peut recourir au flottage, par exemple à un flottage à la mousse, qui présente un avantage particulier, lorsque les constituants légers sont très fins.,On peut ajouter des agents de flottation prélevés d'un réservoir d'alimentation 107 (Fig.2) qui alimente le réservoir 54.
Par exemple, on peut employer pour chaque tonne de charbon brut à traiter une faible proportion, par exemple 0,11 à 0,22 kilogramme, de crésol en tant qu'agent producteur de mousse, ainsi que, par exemple, 0,9 à 1,8 kilogramme d'huile de kérosène en tant que stabilisateur de mousse. L'air'arrivant du compresseur 105 est envoyé à autant d'entrées d'air qu'il le faut pour produire l'agitation et la mousse. On peut traiter la mousse pour en récupérer le charbon. Lorsqu'on opre la séparation par ce procédé combiné, la capacité peut atteindre 50 à 100 fois celle d'une cellule de flottage ordinaire. Dans le cas d'anthracite, il n'est pas absolument nécessaire d'avoir une mousse visible : bulles d'air ascendantes adhèrent à la matière enrobée d'huile et il s'ensuit que l'air aide l'ascension de ces particules.
Bien qu'on ait décrit l'invention en se référant plus particulièrement à une séparation où le charbon (de grande ou faible grosseur) est lavé pour le séparer des schistes, on peut aussi de manière analogue séparer le charbon d'autres matières
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telles que pyrites, quartz, feldspath, argiles lourdes, etc. L'in- vention n'est pas limitée à la séparation impliquant le lavage et la classification du charbon. Elle est applicable à la séparation de l'une ou l'autre des nombreuses matières susceptibles de sépa- ration hydraulique, par exemple à la séparation de minerais de leur gangue, au lavage du sable, à la concentration de matières non-métalliques telles que les minerais de phosphate, le calcaire, le feldspath, etc.
Bien qu'on ait décrit l'invention en préconi- sant l'emploi d'un liquide stagnant rien que dans la première co- lonne de séparation et l'emploi de vitesses croissantes dans des colonnes immédiatement suivantes, on peut employer plus d'une co- lonne de séparation à liquide stagnant et/ou deux ou plusieurs co- lonnes ayant la même vitesse.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Séparateur comprenant, en combinaison, un récipient pour un liquide aqueux, une rangée de dispositifs pour débiter le liquide aqueux, dont les éléments sont espacés entre eux sur la longueur du fond du récipient de manière à créer une rangée de cou- rants hydrauliques, un dispositif entraîné pour le transport de matières, servant à transporter dans le récipient et successivement à travers les courants hydrauliques les matières à séparer, un moyen d'entraîner ce dispositif de transport et un dispositif monté près de la partie supérieure du récipient pour recueillir individuellement les matières élevées individuellement par les courants hydrauliques.
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