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Procédé et dispositif pour séparer des matières, notamment des matières minérales, selon la vitesse de chute.
L'invention concerne un procédé et un dispositif (fonction- nant suivant le principe d'un classificateur ou d'un épaississeur) pour séparer des matières, notamment des matières minérales, selon la vitesse de chute.
Dans la technique le problème se pose souvent de séparer d'une suspension les particules dont la vitesse de chute ne dépasse pas une certaine valeur et d'épaissir le reste.
C'est ainsi que, par exemple dans la préparation du charbon opérée au moyen d'un liquide dense fait de magnétite finement moulue et d'eau, il faut-après avoir éliminé sur un tamis les boues grossières de l'eau des jets d'arrosage - séparer dans un
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classificateur, de l'agent dense ou charge contenu dans l'eau desjets d'arrosage,les impuretés plus légères (argile et boues de charbon fines). L'agent dense ainsi épuré doit ensuite être épais- si pour former une pulpe d'un poids spécifique élevé.
Un autre exemple est fourni par les procédés de broyage de produits à un degré de finesse déterminé. Dans ces procédés, après avoir dilué de manière appropriée la pulpe venant du broyeur, on la divise dans un classificateur en matière broyée du degré de @@ nesse correct et matière à gros grain. La matière à gros grain est ramenée au broyeur après avoir été épaissie.
Dans ces procédés de séparation èt pratiquement avec tous les épaississeurs ne donnant pas de trop-plein clair, vu que dans ce cas une opération de classification est toujours superposée à l'opération d'épaississement) on éprouve l'inconvénient qu'une couche consti tuée de matière qui ne peut ni descendre ni monter se forme dans l'épaississeur. La netteté de l'opération de classifi- cation est notablement diminuée par cette formation d'une couche.
On expliquera ci-après la cause de la formation d'une couche de matière dans l'épaississeur en se référant à la fig.I des dessins annexés. La suspension introduite par un tuyau 31 se rend de l'ouverture 32 de ce tuyau dans l'épaississeur 33 et s'élève pour s'écouler par un trop-plein 34. Afin que la s ép a- ration puisse s'effectuer exactement salon la vitesse de chute des différents constituants, la vitesse d'ascension du liquide dans la partie supérieure de l'épaississeur devrait être la même en tout endroit d'une section transversale horizontale. 'Ce cas idéal ne se produit Jamais., de sorte que beaucoup de particules peuvent être entraînées malgré leur grande vitesse de chute.
Du fait qu'il y a un certain écartement entre l'ouverture 32 et le trop-plein 34, les particules plus lourdes entraînées trouvent l'occasion de redescendre en des endroits plus calmes. En raison de ce processus le poids spécifique du liquide dans le plan B - B est moindre que dans le plan A - A et, par conséquent, la vitesse
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de chute des particules solides est plus élevée dans le plan B - B que dans le plan A - A.
Suivant l'invention, on obvie aux inconvénients des épais- sisseurs connus, par un procédé consistant à accroître graduelle- ment de bas en haut l'intensité du courant ascendant dans l'épais- si sseur, de manière qu'à tout niveau l'augmentation de la vitesse de circulation soit au moins égale à l'augmentation de la titesse de chute au même niveau.
L'examen détaillé des conditions physiques fournit le tableau sui vant: Dans l'hypothèse - se vérifiant dans la plupart des cas - que les conditions soient telles que la loi de Stokes relative à la vitesse de chute est applicable.
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v étant la vitesse de chute en cm sec., d la grosseur des grains en cm, sm le poids spécifique de la matière, sf le poids spécifiaue de la suspension et y la viscosité de la suspension en g. sec. cm2.
Si le poids,spécifique du liquide (de la suspension) est égal à 1,05 au niveau du trop-plein et à 1,15 dans la section teans- versale A - A ; lavitesse de chute d'un charbon dont le poids spécifique est égal à 1,4 est
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au niveau du trop-plein et est
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dans le plan A - A.
Comme eh outre y 2 est plus grand que y 1 ' v2 est plus petit que v1. Dans l'exemple précitéy 2 serait égal à 9 y 1' de sor- te que pour un charbon de même grosseur de grain v1 = 12,6 v2.
Si la section transversale en A - A a la même surface que la section transversale au niveau du trop-plein, de sorte que la vitesse moyenne de circulation est également la même dans les deux sections transversales,et si cette vitesse moyenne de circulation est égale à v2'les particules dont la vitesse de chute est comprise entre v2 et v1 ne peuvent ni descendre ni surnager dans la zone si- @
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tuée au-dessus de A - A et s'y accumulent en une couche.
Quand les conditions sont telles qu'une certaine turbulence se produise et que de ce fait la loi de Stokes ne soit plus applicable, rien n'est essentiellement changé toutefois aux conditions préci- tées du mouvement des matières solides ; simplement l'effet des dif- férences de poids spécifique devient moins marqué.
La fig. II des dessins annexés représente schématiquement une forme d'exécution de l'invention.La suspension à clarifier est ame- née par un tuyau 1 et sort de l'ouverture 2 de ce tuyau. Dans la partie supérieure de l'épaississeur est disposé un corps de déplace- ment de liquide 6 qui est conformé de manière que la diminution de la section transversale de bas en haut soit adaptée aux changements du poids spécifique et de la vi sco si téde la susp ension et à l'accroi sèment de la vitesse de chute des particules en suspension, qui est déterminé par ces changements.
Du côté extérieur est disposé un trop plein 4 et du côté intérieur, dans le corps 6, est monté un second trop-plein 5 qui est relié par un tuyau 7 à l'avaloir d'une rigole de trop-plein extérieure 30; par ce moyen il est possible de conférer plus d'uniformité au courant ascendant. Pour exécuter le dispositif de manière parfaitement symétrique,on peut aussi aménager deux ou plu- sieurs tuyaux 7 répartis symétriquement dont l'extrémité extérieure mène à l'avaloir de la rigole 30; on donne avantageusement dans ce cas à la surface d'épanchenent 29 une forme conique.
Si l'on admet que la vitesse de circulation dans le plan C - C est la morne sur l'entièreté de la section transversale,toutes les par ticules en suspension à ce niveau, dont la vitesse de chute détermina par le poids spécifique et la viscosité de la suspension dans la sec- tion transversale C - C est inférieure à la vitesse de circulation du courant dirigé verticalement de bas en haut, qui règne dans le moue plan, s'élèvent et sont jetées par dessus les trop-pleins 5,6.
En rai- son de la forme donnée à l'épaississeur l'accroissement de la vitesse de chute, qui résulte de la diminution du poids spécifique et de la viscosité dans les couches plus élevées de l'épaississeur, est com- pensé chaque fois par une augmentation correspondante de la vitesse de circulation verticale du courant. P ar suite, des particules solides ne peuvent plus rester suspendues à mi-hauteur et provoquer la for- mation d'une couche.
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La forme d'exécution de la fig. II se distingue par une construction très simple; toutefois, notamment avec des épaississeurs de grand diamètre, on risque que la vitesse de circulation ne puisse pas être maintenue uniforme sur toute la sec- tion transversale. Il peut donc advenir qu'en des endroits où il n'y a pas de courants ascendants ou en des endroits où ces cou- rants ne sont que peu intenses, des particules légères en suspen- sion se détachent et soient ramenées vers le bas conjointement avec les particules plus lourdes.
Selon un développement de l'invention, pour compenser ces inconvénients, on aménage un ou plusieurs corps de déplacement de liquide annulaires qui comportent des arêtes de trop plein et une ou plusieurs rigoles de trop-plein et qui dirigent le courant ascendant dans deux ou plusieurs conduits annulaires.
La fig. III des dessins annexés représente une forme d'exécution perfectionnée en conséquence. La suspension se rend d'un récipient 11, disposé à un niveau élevé, dans un tuyau 12.
L'ouverture 13 de ce tuyau est relativement étroite, de sorte qu'en quittant le tuyau 12 la suspension acquiertune vitesse élevée et par suite s'épanouit en éventail avant de s'élever dans l'épaississeur.
Un corps de déplacement de liquide 14 divise la chambre supérieure de l'épaississeur de façon à délimiter deux conduits annulaires 17 et 18. Une partie du liquide circulant dans le con- duit 17 se rend en 28 dans une rigole extérieure 19, et l'autre partie de ce liquide se rend en 20 dans une rigole intérieure 21 qui est établie dans le corps 14; la rigole intérieure est reliée par un tuyau 22 au tuyau d'épanchement 23 de la rigole extérieure.
Pour conférer à l'épaississeur une forme parfaitement symétrique, on peut aussi aménager deux ou plusieurs tuyaux 22 répartis symé- triquement.
Le liquide s'élevant dans le conduit 18 se rend par un trop plein 24 dans la rigole 21. On peut agencer les arêtes supé-
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rieures des déversoirs de trop-plein 20, 24 et 28 pour pouvoir les déplacer verticalement (par un moyen non représenté sur le dessin), afin de régler ainsi les quantités de liquide qui s'é- lèvent respectivement dans les conduits 17 et 18. Ceci assure que le rapport entre la quantité de liquide qui s'élève dans le con- duit 17 et la quantité de liquide s'élevant dans le conduit 18 soit le même qu'entre les sections transversales de ces conduits, par exemple dans le plan E-E. Dans l'exemple d'exécution représenté la section transversale du conduit 18 est à celle du conduit 17 comme 1 : 2,5.
On règle à l'avenant les déversoirs de trop-plein de ma- nière que,de même, la quantité de liquide circulant dans le con- duit 18 et celle circulant dans le conduit 17 soient dans le rap- port de 1 : 2,5.
Cette conformation favorise la répartition en éventail du courant de liquide sortant de l'ouverture 13 et, partant, une répartition uniforme de la vitesse dans le courant ascendant. Pour aider encore davantage à cette répartition uniforme, on peut na- turellement aménager au lieu-d'un seul corps de déplacement de liquide plusieurs de ces corps.
Selon un développement avantageux de l'invention, on dé- rive une partie du liquide envoyéà l'épaississeur, par un tuyau 25 qui (vu en plan) comporte en 26 un ajutage tangentiel. En choi- sissant de manière appropriée la pression du liquide dans le tuyau 2: et les dimensions de la section de sortie on peut imprimer au li- quide introduit par le tuyau 25 une vitesse telle que la pulpe contenue dans la partie inférieure de l'épaississeur reçoive un mouvement circulaire. Il se produit ainsi partout un mélange com- plet. En outre, le liquide s'écoulant de bas en haut de l'ajutage 26 chasse des constituants solides plus légers parvenus éventuelle- ment dans la partie inférieure de l'épaississeur et les soumet à nouveau à l'action classifiante du liquide sortant de l'ouverture 13.
Les particules plus légères parvenues dans l'espace:mort situé
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en-dessou s des courants en éventail sont ainsi ramenées dans la zone de séparation.
En vue d'une disposition symétrique de tous les éléments on peut aussi prévoir deux ou plusieurs tuyaux 25. Afin d'éviter autant que possible des perturbations de l'opération de classifi- cation il est avantageux d'amener le ou les tuyaux 25 extérieure- ment autour de l'épaississeur, de la manière représentée en traits mixtes, et de ne disposer dans l'épaississeur que l'ajutage 26.
Sur la fig. III, pour la simplicité du dessin, les fers plats reliant les corps 16 et 14 à l'enveloppe 15 de l'épaissis- seur ne.sont pas représentés.