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"Procédé de préparation de liquide dense pour lavage de charbon, appareil et installation de lavage utilisant le liquide obtenu. "
La présente invention est relative à un procédé de préparation de liquide dense destiné au lavage du charbon et à un appareil et une installation pour lavage de charbon dans lesquels on utilise ce liquide.
On connaît des procédés de lavage des charbons par liquide dense. Certains utilisent des matières coûteuses ou de récupération difficile et onéreuse. Tel est notamment le cas lorsque la matière utilisée est en solution dans l'eau. Pour obvier à cet inconvénient, d'autres utilisent des matières en suspension dans l'eau, par exemple, le procédé au "loess" espèce de terre fine jaunâtre qui donne
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avec l'eau un liquide dont la viscosité est relativement faible en dessous de la densité 1,6 et qui présente une stabilité suffisante aux densités immédiatement inférieures à 1,6 , lesquelles sont souvent utilisées pour le lavage normal du charbon.
Ces derniers procédés présentent cependant l'incon- vénient de ne pouvoir s'adapter parfaitement à tous les cas de lavage du charbon, la densité requise variant suivant la nature du charbon à traiter et suivant les résultats que l'on désire obtenir.
La présente invention est destinée à remédier à cet inconvénient.
L'invention consiste en un procédé de préparation d'un liquide dense constitué par une matière à grains très fins en suspension dans l'eau, ce mélange possédant, pour une densité quelqonque choisie au préalable, les qualités optima pour le lavage des charbons; ceux-ci étant traités par ce liquide dans un appareil et une installation appropriés.
Suivant l'invention, une matière suffisamment dense et à grains très fins, insoluble dans l'eau, telle que l'argile ou le limon, étant mise en suspension dans l'eau, le mélange est soumis à une élimination des particules les plus fines.
L'élimination de ces particules est effectuée au moyen d'un courant d'eau claire traversant le mélange de bas en haut et débordant le réservoir par le dessus en entraînant les particules les plus ténues.
D'autres particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, donnés à titre d'exemple non limitatifs de formes de réalisation particulières suivant l'invention.
Dans ces dessins :
Fig. 1 donne &es courbes de viscosité V1 et V2 et les courbes de stabilité S1 et S2 d'une suspension qui
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passe de l'état (V1S1) ) l'état (V2S2) par élimination des particules les plus fines.
Fig. 2 donne en élévation le schéma de l'appareil où se fait l'élimination des fines particules.
Fig.3 donne la vue en plan de l'pppareil figuré en figure 2.
Fig.4 donne une vue en élévation et une coupe partielle suivant IV-IV dens la figure 5 d'un appareil laveur.
Fig.5 donne une coupe suivant V - V dans la figure 4 de l'appareil de la figure 4.
Fig. 6 donne schématiquement une installation complète de lavage de charbon.
Si on trace expérimentalement fig.l la courbe de viscosité V1 en fonction de la densité d'une suspension dans l'eau d'une matière à grains très fins, on trouve qu'elle se compose pratiquement de deux droites d'inclinaisons très diffé- rentes AB et CD reliées entre elles par une courbe à faible rayon.
La courbe V1 du diagramme de la figure 1 se rapporte à de l'argile. Elle a été tracée par une méthode empirique, en prenant comme unité de viscosité celle de l'eau à la température des essais*
A droite du point B, la viscosité apparente du liquide s'acoroit rapidement et, de plus, on constate l'apparia tion d'une certaine rigidité qui, elle aussi va en grandissqnt rapidement avec la densité.
La propriété de"rigidité" peut se définir de la façon suivante : si on introduit au sein de la suspension un corps de densité légèrement différente de la sienne on constate que ce corps reste à l'endroit ou on l'a placé. Si le liquide ne présentait que de la viscosité pure il est évident que le corps remonterait à la surface ou descendrait dans le fond sui- vant que sa densité serait plus faible ou plus forte que celle de la suspension, et ce, quel que soit l'indice de viscosité
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du liquide. Seule, la vitesse de déplacement varierait avec la viscosité.
Le fait que le corps reste en place, implique l'apparition de cette propriété de "rigidité" du liquide, qui le rend inutilisable pour le lavage du charbon.
Comme on l'a dit plus haut, cette rigidité croît rapidement le long de la courbe B C D.
Si, au contraire on s'éloigne du point B vers la gauche, on constate que la rigidité est nulle, que la viscosité diminue lentement nais que, par contre, la stabilité de la suspension diminue rapidement.
On définit l'indice de stabilité en mesurant la variation de densité dans la z8ne supérieure d'une suspension parfaitement au repos pendant un temps donné, la hauteur de cette zône supérieure étant elle-même bien déterminée.
C'est en effet, cette variation qui intéresse pour l'utilisation du liquide pour le lavage du charbon.
Si d1 est la densité initiale et d2 la densité après le temps fixé, on appellera " indice de stallilité " le rapport d2 - 1 .
EMI4.1
d - 1
Pour tracer la courbe de stabilité S1 (figure 1) on a pris une zone de 15 cm d'épaisseur et un temps de 5 minu- tes.
On voit tout de suite que, pour des densités voisines du point B, le liquide possède des propriétés remarquables au point de vue lavage, c'est-à-dire, une viscosité relativement faible, une rigidité nulle et une très bonne stabilité voisine de l'unité.
Pour l'argile, le point B se situe vers 1,2; cette densité ne présente pas d'intérêt pour le lavage du charbon.
Pour le loess, le point B semble être vers 1,55/1,57 Pour des densités de coupure supérieure, le loess ne peut être
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utilisé dans un lavage statique; pour séparer les mixtes des chistes, notamment, il faut avoir recours à des courants ascendants.
Pour des densités inférieures, la stabilité diminuant rapidement ,la constance de la densité dans l'appareil de lavage ne peut être obtenue que par le maintien d'une agitation d'autant plus grande que la densité est plus faible. La précision de la coupure diminue au fur et à mesure que l'agitation croit,,
Le procédé au loess n'est donc pas applicable notamment pour la préparation descharbons très purs pour laquelle les densités requises se situent entre 1,35 et 1,40 et où la coupure dans la partie presque verticale de la courbe caractéristique de lavage exige une grande précision c'est-à- dire ¯ne séparation dans un milieu dense parfaitement statique, donc, avec le minimum d'agitation.
Dans le procédé suivant l'invention on utilise une matière suffisamment dense et à grains très fins , insoluble dans l'eau telle que l'argile ou le limon. La préparation du liquide dense consiste a éliminer de cette matière toutes les particules dont le rayon est inférieur à une valeur r. Cette élimination a pour effet de faire reculer vers la droite les deux courbes V et S et ce d'autant plus que r est choisi plus grand.
Les deux courbes V2 et S2, notamment , ont été déterminées expérimentalement sur une suspension d'argile ainsi préparée pour laquelle r = 7 microns environ.
On voit que ce liquide présente des qualités exception. nelles pour le lavage à une densité voisine de 1,40 position du point B'. En faisant varier r il est possible de déplacer le point B à volonté depuis 1,2 jusque 1,6 et au-delà et de réaliser ainsi toutes les densités utilisables dans la prépara- tion des charbons.
La suspension de matière est placée dans un cône 1 ( voir figure 2). Une arrivée d'eau 2 sous pression est dis-
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posée à la pointe du cône. Le débit d'eau est réglé de manière à obtenir une vitesse ascensionnelle v dans la partie cylin- drique surmontant le cône. Au moment où le cône 1, commence à déborder, la dilution est déjà très grande dans la partie supérieure et la faible vitesse assure un déplacement vertical des molécules d'eau rigoureusement uniforme. Les particules de matière descendent dans cette masse d'eau avec une vitesse qui est liée à leur rayon par le loi de Stokes V = Crê C est pratiquement une constante dans les limites de marches enfisagées.
Il s'ensuite que le courant ascensionnel de vitesse v entraînera vers le haut toutes les particules dont le rayon sera inférieur à r = # V . Ces particules seront éliminées du c8ne
V C avec l'eau de débordement.
Après un temps suffisamment long, toutes les particu- les de rayon compris entre 0 et r seront éliminées. Pratiquer .- ment, r est de l'ordre de quelques microns et v de quelques m/m par minute.
Quand l'eau de débordement ne contient phs de particu- les en suspension , le courant d'eau est arrêté et on laisse décanter la masse. La vitesse de décantation est égale à v pour les particules les plus lentes.
Quand la concentration est suffisante, on élimine l'excès d'eau claire par les robinets latéraux 3 dont le cône est muni; puis l'on remet la masse en suspension par un jet d'air comprimé 4 arrivant à la pointe du c8ne ou par tout autre système mélangeur. Le liquide ainsi préparé est à uhe densité D supérieure à la densité du lavage. Il est refoulé dans un mélangeur 16 figure 6 qui se trouve placé en charge sur l'appareil de lavage'9
La conception,mécanique de l'appareil de lavage 18 est des plus simple ( voir figure 4). Il/ se compose essentiel- lement d'un arbre 5 tournant dans deux paliers 6 fixés sur le bord d'une cuve semi-cylindrique 18 contenant du liquide à la densité de coupure.
Cet arbre entraîne des godets en tôles
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perforées disposés circulairement autour de lui sur un rotor 18 a
1) des godets extérieurs 7 qui puisent dans le fond de la cuve les grains les plus denses (schistes eu mixtes) les égoutent dans l'appareil même et les déversent dans un chenal 8 d'évacuation.
2) des godets intérieurs 9 d'une forme hélicoïdale spéciale qui puisent les produits légers flottantsà la surface du liquide, les égouttent dans l'appareil et les déversent latéralement dans un chenal d'évacuation 10.
L'alimentation en grains de charbon brut se fait à l'endroit indiqué par la flèche 11.
Le plus lonrd descend dons le fond de la cuve tandis que le flottant est entraîné par une palette 12 animée d'un mouvement elliptique 13 vers le centre de l'appareil où puisent les godets Intérieurs 9. Le mouvement de la palette même 12 est commandé par l'arbre.{5 de l'appareil par l'intermédiaire d'une courroie ou d'une chaîne galle.
La vitesse de rotation de l'appareil est très lente; elle varie entre un et plusieurs tours par minute suivant le problème à résoudre. La commande se fait de préférence par une roue dentée 15 attaquant de simples boulons 14 disposés à la périphérie de la roue à godets.
L'absence de tout organe mécanique sous le niveau du liquide est la faible vitesse de rotation font que les frais d'entretien de cet appareil sont très minimes.
Pour commencer le lavage, on fait passer du mélangeur 16 ( voir figure 6) dans l'appareil de lavage 18 par la tuyauterie 19 une certaine quantité de liquide de densité D et on ajoute de l'eau jusqu'à obtention de la densité requise pour le lavage. Le charbon à laver est intro- duit suivant la flèche 11 dans l'appareil.
Pendant la marche, on maintient la densité et le niveau constants en ajoutait , par intermittence, du liquide
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à la densité D à l'aide d'un robinet 20 placé sur un tuyau 21 et qui s'ouvre automatiquement et se referme à chaque tour de roue. Le temps d'ouverture du robinet est réglable . Une arrivée d'eau, continue ou non, est également prévue. La densité D peut être réduite au besoin par l'ajoute d'eau claire. Enfin un trop plein est prévu à la cuve de l'appareil.
En réglant convenablement ces différents éléments au début du lavage, l'intervention de l'ouvrier laveur pendant la marche est réduite au minimum.
Les produits évacués de l'appareil suivant la flèche 10 sont rincés sur des vibro-tamis 22 équipés de toiles tami- santes à mailles serrées ( voir schéma de principe figure 6) avec rinçage en 23.
Les eaux de rinçage entraînant les particules de matière sont recueillies dans un ou plusieurs cônes de récu- pération 24-25 identiques au cône de préparation décrit plus haut.
Les produits stériles sont déversés suivant la floche 28 sur des vibro-namis 29 comme ci-dessus avec rinçage en 30.
Les eaux de rinçage arrivent ensemble par les tuyauteries 31-32-33-34-35 dans le ou les cônes 24-25.
L'arrivée se fait dans un anneau central 26-27 afin d'éviter les remous. La surface du ou des cônes et la quantité d'eau de rinçage sont calculés de manière à ne pas dépasser dans la partie supérieure des cônes la vitesse de v/m/m par minute utilisée lors de la préparqtion Dans ces conditions, l'eau de débordement est parfaitement claire et la récupération est totale. La décantation et la mise en suspension du liquide se font de la même manière que lors de la préparation.
En 36 est figuré un dilueur de matière qui fonctionne lors de la préparation du liquide. Il envoie, par l'intermédiaire d'un tuyau 37 et d'une pompe centrifuge 38-le liquide brut par
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une tuyauterie 39 dans le oône 24 qui sert à ce moment de cône de préparation.
En marche continue, lorsqu'il s'agit seulement de préparer journellement la petite quantité de liquide d'appoint destinée à compenser les pertes inévitables de liquide dense, la préparation de cet appoint peut si on le désire se faire simultanément avec la récupération dans un même cône. Pour ce faire, il suffit de placer la quantité de liquide brut à préparer dans la partie supérieure du cône, pn peu avant que celui-ci ne commence à déborder. Lorsque les eaux de récupération provo- queront le débordement du c8ne, les fines particules à éliminer seront entraînées par de débordement. Le courant ascendant ne devra pas fonctionner. Cette petite simplification n'est toutefois d'application que si l'on dispose d'eau à volonté..
Les liquides contenus dans les c8nes 24-25 se déver- sent par les extrémités inférieures des cônes et par les tuyaux 40 et 41 dans un réservoir 42 et de là peuvent être refoulés par le tuyau 43, la pompe centrifuge 44 et le tuyau 45 dans le mélangeur 16 indiqué à la partie supérieure de la figure 6.
Le procédé suivant l'invention présente de grands avantages :
1) les propriétés du liquide dense sont adaptées exactement dans chaque cas à la densité de coupure , de manière à obtenir à cette densité une liqueur très stable , de faible viscosité et de rigidité nulle.
2) lavage en milieu statique et très calme à la densité correspondant à la coupure théorique.
3) classement rapide, grâce à la faible viscosité du liquide.
4) Il en résulte que le rendement réel obtenu est pratiquement égal au rendement théorique, que la teneur en cendres du produit épuré est exactement celle que l'on désirait obtenir et que les pertes de produit pur dans les @
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stériles sont nulles..
5) au besoin on peut laver ensemble des grains de différentes grosseurs. Le classement avant lavage est donc simplifié.
6) la matière première argile,limon ou autre, ne coûte rien si ce n'est son extraction et son transport éventuel Très souvent, cette matière se trouve au siège même de l'exploi- tation.
7) La récupération est facile et peu coûteuse.
8) l'appareil de lavage est de construction simple et d'entretien pratiquement nul.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de préparation de liquide dense pour lavage du charbon par dilution dans l'eau d'une matière suffisamment dense et à grains fins, insoluble dans l'eau, telle que l'argile ou le limon, caractérisé en ce que le mélange est soumis à une élimination des particules les plus fines afin de l'amener, après concentration ultérieure à possé- der pour une densité quelconque choisie au préalable , les qualités optima pour la lavage du charbon.