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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA SEPARATION DE CORPS SOLIDES DE-DENSITES
DIFFERENTES AU SEIN D'UNE SUSPENSION DE PRODUIT DENSE.
La présente invention est relative à un procédé et à un dispo- sitif pour la séparation de corps solides de densités différentes au sein d'une suspension liquide de produit dense.9 la densité de cette suspension étant comprise entre les densités des corps solides à séparer.
La présente invention concerne notamment la préparation de char- bon propre, par séparation densimétrique des matières pierreuses, schistes. ou autres solides lourds qui se trouvent normalement dans les produits ex- traits de la mine. Elle s'applique également à l'enrichissement des diffé- rents minerais accompagnés d'impuretés ayant une ou des densités différen- tes de la leur.
Plus généralement l'invention.est relative à un procédé et à un dispositif pour le traitement de minerais quelconques ou à la sé- paration de corps solides quelconques de densités différentes par flottation des corps solides les plus légers (appelés flottants) et immersion des corps solides les plus lourds (appelés plongeants) dans un milieu fluide constitué par une suspension dans un liquide d'un solide plus lourd que ce'liquide et immiscible dans celui-ci, milieu fluide dont la densité est'comprise en- tre les'densités des corps solides à séparer.
Si l'invention s'applique particulièrement au lavage des char- bons et plus spécialement au lavage des houilles menues appelées fines, il est bien entendu qu'elle peut s'appliquer au'traitement de minerais quelcon- ques ou même à la séparation de corps solides quelconques de densités dif- férentes au moyen d'une suspension dans un liquide (qui est de préférence l'eau) de particules solides finement divisées plus lourdes que ce liquide et insolubles dans celui-ci, la densité de la suspension étant comprise dans l'intervalle des densités des corps solides à séparer.
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On a proposé jusqu'à présent de nombreux procédés pour la sé- paration de corps solides de densités différentes, basés sur l'utilisation d'une suspension ou d'une liqueur dense, homogène ou hétérogène, de densité intermédiaire entre les densités extrêmes des corps solides à séparer. Dans certains procédés connus, mettant en oeuvre une liqueur hétérogène, on main- tient une densité à peu près constante dans la zone de séparation, par un brassage mécanique énergique de la liqueur, ou à l'aide de courants verti- caux ou tourbillonnaires. Dans d'autres procédés, on laisse la suspension décanter librement, créant aussi dans la zone de séparation un gradient de densité.
La présente invention s'applique aussi bien à une liqueur den- se homogène qu'à une liqueur hétérogène et plus spécialement, mais non limi- tativement à une suspension dans l'eau de magnétite finement brcyée. Elle est caractérisée par la mise en oeuvre d'une faible quantité de liqueur dense et conséquemment par une consommation très faible de produits denses.
Elle permet de traiter indifféremment des produits grenus et des produits fins car elle élimine le principal inconvénient des procédés connus à savoir une consommation élevée de produits utilisés pour réaliser la ou les suspen- sions denses, consommation provoquée par l'évacuation d'une importante quan- tité de liqueur entraînée par les plongeants et par les flottants.
De plus la présente invention permet une excellente séparation densimétrique par la mise en oeuvre du moyen général consistant à assurer dans la zone de classement des mouvements oscillatoires verticaux ou pulsa- tions réglables à la fois en intensité et en fréquence,
Conformément à l'invention, on réduit au minimum l'entraînement de suspension dense lors de l'élimination des plongeants et des flottants, en recherchant systématiquement une concentration élevée des plongeants dans la partie inférieure et des flottants dans la partie supérieure de la cuve de séparation.
Conformément à l'invention, on réduit. au minimum l'entraînement de liqueur dense par les plongeants, tout en assurant une bonne séparation des produits de densités différentes, en évacuant d'une façon intermittente les plongeants qui se sont accumulés au fond de'la cuve de séparation par un clapet disposé à la partie inférieure effilée de celle-ci. On arrête l'évacuation alors qu'il reste dans la cuve une certaine quantité de plon- geants.
Dès la fermeture du clapet, le niveau de la suspension s'élève progressivement dans la cuve car celle-ci est alimentée de façon continue ou intermittente en liquide dense régénéré et reçoit régulièrement les produits solides à séparer ce qui provoque une accumulation de flottants à la surface de la cuve. Lorsque le niveau est suffisamment élevé les flottants parviennent au contact d'un extracteur mécanique qui assure leur évacuation avec entraînement d'un minimum de liqueur dense du fait de la concentration des produits en surface.
Les déplacements du clapet, placé au bas de la cuve de sépa- ration, provoquent des mouvements ascendants et descendants au sein de la suspension et même des coups de bélier. Les pulsations verticales, réglées en fondation des caractéristiques des corps solides à séparer, facilitent leur classement densimétrique et évitent la formation d'une zone propre à la concentration "d'indécis" au sein de la cuve de séparation.
Il en résulte une séparation densimétrique rapide et efficace des corps solides dans la zone de classement, les plongeants tombant au fond et les flottants remontant à la surface de la cuve, la zone de classe- ment ne contenant à chaque instant que le minimum de corps solides à séparer, avantage considérable par rapport au procédés connus.
Etant donné le mode d'évacuation des plongeants et des flottants qui est l'une des caractéristiques essentielles de l'invention, on voit que le minimum de suspension dense est entraîné hors de la cuve avec les corps solides séparés. Ce résultat est très important surtout lorsqu'il s'agit
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de traiter des produits fins, et en particulier des fines, dont les compo- sants avant une grande surface par rapport à leur poids sont généralement extraits des appareils de séparation avec une importante quantité de liqueur dense, quand cette liqueur ne sert pas elle-même d'agent moteur pour réali- ser leur évacuation.
Etant donné le faible volume de suspension entraîné hors de la cuve de séparation, conformément au procédé objet de l'invention, on peut sans installation et dépense d'énergie coûteuses, épurer soigneusement et continuellement par des procédés connus, ce faible volume de suspension a- vant de le renvoyer dans la cuve de séparation.
Cette épuration soignée permet de maintenir la viscosité de la suspension en service à la valeur faible désirée par élimination du liquide (généralement de l'eau) chargée d'argile colloïdale (apportée par le produit à traiter) restant en suspen- sion et elle évite l'inconvénient habituel des dispositifs à liquide dense qui limite leur utilisation et diminue leur capacité de traitement à sa- voir : l'accumulation progressive de mixtes et surtout d'argile colloïdale (apporté par le produit à séparer) restant en suspension, argile qui augmen- te la densité de la zone de classement et rend de plus en plus difficile la séparation des corps solides;
il en résulte une augmentation progressive de la proportion d'"indécis " restant dans la zone de classement et retardant, ou même empêchant le classement par densité du produit à traiter arrivant ultérieurement dans cette zone.
De ce qui précède découle un autre avantage du procédé faisant l'objet de l'invention, c'est la possibilité de traiter des produits rela- tivement fins et humides, l'eau introduite par les corps solides à séparer pouvant aisément être éliminée lors de la régénération continue d'une pro- portion importante de suspension par rapport au faible volume total mis en oeuvre. Aussi le procédé s'applique-t-il parfaitement au traitement de produits intermédiaires ou mixtes obtenus au cours de la préparation des minerais ou des charbons par les procédés classiques.
Conformément à l'invention, pour séparer les corps solides en deux constituants de densités différentes, on utilise une cuve effilée vers le bas, remplie d'une suspension ou d'un liquide dont la densité correspond sensiblement à la densité de séparation des deux catégories de corps solides.
Cette cuve est divisée en deux compartiments inégaux par une cloison verti- cale, formant seuil réglable en hauteur et laissant un passage sous elle.
Le compartiment primaire de dimension réduite est disposé sous l'alimenta- tion en corps solides à séparer. Il comporte un dispositif dont la réali- sation est fonction de la granulométrie des corps solides à traiter, dis- positif qui assure éventuellement une bonne division mécanique des particu- les à. séparer et qui dans tous les cas applique aux produits l'impulsion né- cessaire au franchissement du seuil et à leur introduction dans le compar- timent secondaire dans lequel les particules à séparer arrivent avec un mou- vement dirigé vers le bas dans une zone de liquide dense peu chargée en corps à séparer.
Le compartiment secondaire de plus grande dimension comprend, en combinaison, un clapet d'évacuation intermittente disposé à sa pointe inférieure, des arrivées de liqueur dense dans la zone moyenne ou zone de calssment, arrivées matérialisées par des ajutages dirigés vers la haut, et enfin un transporteur à charbon propre disposé au-dessus de la partie inférieure de la cloison.
Dans le compartiment secondaire s'opère la séparation des corps solides. Sous l'action simultanée de la pesanteur, de légers courants as- cendants provoqués par l'introduction de liquide dense pour la compensation des pertes de liquide dense dues à l'évacuation des plongeants et des flot- tants, de pulsations résultant du fonctionnement du clapet permettant l'é- vacuation des plongeants, les produits de densités inférieures à celle du milieu dense montent vers la surface, tandis que les produits plus lours descendent dans la partie effilée de la cuve.
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Lorsqu'on désire séparer les corps à traiter en un nombre-N de composants se différenciant par leurs densités, on utilise N-1 cuves contenant chacune une suspension de densité convenable. Si par exemple, il s'agit de traiter des charbons bruts en vue d'obtenir les trois pro- duits classiques lavés(ou charbon propre) mixtes et schistes, on mettra en oeuvre deux cuves conformes à l'invention, l'une contenant une suspen- sion dont la densité corre'spond à celle choisie pour la séparation des schistes, tandis que l'autre est remplie d'une suspension dont la densité caractérise la coupure entre les lavés et les mixtes. On recueille les stériles au fond de la première cuve, les mixtes au fond de'la seconde cuve et le charbon propre à la partie supérieure de la deuxième cuve.
Conformément à l'invention, le compartiment secondaire de cha- que cuve comprend trois zones : à la surface une zone très riche en flottants, à la partie inférieure effilée une zone très riche en plongeants, et, entre ces deux zones, une zone de classement, formée principalement par la liqueur dense, constituée par une suspension dans un liquide de particules solides immiscibles dans ce liquide. C'est dans cette dernière zone qu'a lieu la séparation par densité du produit à traiter.
Cette séparation est facilitée, conformément à l'invention, d'une part par les pulsations verticales, qui sont produites dans cette zone, à la fois par l'évacuation intermittente des plongeants à la partie inférieure de la cuve et l'arrivée, en un ou plu- sieurs endroits de cette zone de classement, de liqueur dense par des aju- tages dirigés vers le haut, et d'autre part par le dispositif désintégra- teur disposé dans le compartiment primaire sous l'alimentation en produits à traiter, dispositif assurant à la fois une séparation de ces produits (sé- paration particulièrement importante lorsque l'alimentation est constituée par des fines humides qui ont tendance à s'agglomérer) et leur donnant une impulsion dirigée vers le bas.
Les corps solides à séparer avant, lorsqu'ils arrivent dans la zone de classement du compartiment secondaire, un mouvement dirigé vers le bas et la liqueur dense étant soumise dans ce compartiment à des pulsations verticales, il en résulte une séparation rapide et effica- ce par densité des corps solides dans cette zone de classement, les plongeants tombant au fond de la cuve et les flottants remontant à la surface du com- partiment secondaire, la zone de classement ne contenant donc, à chaque instant, que le minimum de corps solides à séparer, avantage considérable par rapport aux procédés connus,qui comportent une accumulation de corps denses, dans la zone de classement.
On va décrire maintenant, à titre d'illustration des possibi- lités de mise en oeuvre de l'invention, sans aucun caractère limitatif de la portée de celle-ci, un mode de réalisation pris à titre d'exemple' et représenté sur le dessin schématique annéxé sur lequel : la fig. 1 représente un bac laveur à charbon donnant trois pro- duits de densité croissante : charbon propre, mixtes et stériles, bac laveur comportant deux cuves conformes à l'invention. la fig. 2 représente un mode de réalisation du dispositif de commande du clapet fermant la pointe inférieure d'une cuve conforme à l'in- vention.
Il est bien entendu que pour d'autres séparations le bac laveur pourrait ne comporter qu'une seule cuve, si on désire obtenir seulement deux produits, par exemple le minerai et les impuretés.
Le bac laveur de la figure 1 comprend deux cuves identiques 1 et 1'. La cuve 1 est remplie d'une liqueur dense 2, dont la densité, com- prise entre la densité des mixtes et celle des schistes, caractérise la coupure entre le? mixtes et les schistes, tandis que la cuve l'est remplie d'une liqueur dense 2', dont la densité, inférieure à celle de 2, correspond à la densité limite supérieure des constituants du charbon propre. Les deux cuves étant identiques, on a ajouté l'indice "prime" (') aux nombres de ré- férence des éléments de la seconde cuve 1' correspondant à ceux de la premiè- re cuve 1.
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La cuve 1, qui est effilée vers le bas comme on le voit sur le dessin, est divisée en deux compartiments par une cloison 3 comportant un seuilréglable 4, Le compartiment primaire 5, de dimension réduite, est disposé sous l'alimentation 6 en produits à traiter, alimentation 6 avant lieu à partir d'une trémie de stockage 7 par un distributeur 8'. Dans le compartiment primaire 5 se trouve un désintégrateur 9, constitué par exemple par deux roues à palettes 10 tournant en sens inverse et disposé juste sous l'alimentation 6 en produit à. traiter.
Ce désintégrateur 9 a un double rôle ::- il sépare mécaniquement le produit à traiter (ce qui est surtout important lorsque l'alimentation est constituée par des fines hu- mides) et il donne une impulsion dirigée vers le bas au corps solides sé- parés mécaniquement, de façon à les faire passer sous le seuil réglable 4, l'inclinaison de la paroi 11 facilitant le passage sous le seuil 4 en diri- geant les particules solides vers le compartiment secondaire 12..
Ce compartiment secondaire 12 se termine par une partie rétré- cie 13, fermée par un clapet 25, et comporte, à sa partie supérieure, un extracteur mécanique 14 de tout modèle connu par' exemple une chaîne à ra- clettes. Dans, la zone médiane 15 de ce compartiment 12 aboutissent un ou plusieurs conduits 16 transportant de la liqueur dense de densité convena- ble pour maintenir la densité adoptée pour le compartiment secondaire, conduits 16 qui peuvent éventuellement être les ramifications d'un conduit principal commun 17. Le ou les conduits 16 se terminent par un ou des aju- tages 18, d'ouverture réglable et orientable, qui dirigent vers le haut la liqueur dense, ainsi que cela est représenté par les flèches 19.
Pendant le fonctionnement du bac, l'alimentation 6 en produit à traiter à partir de la trémie 7 par le distributeur 8 a lieu en continu..
L'amenée de liqueur dense par les conduits 16 et son introduction dans la cuve par des ajutages 18 a lieu suivant le cas de façon continue ou discon- tinue. Le désintégrateur 9, qui fonctionne constamment, sépare les produits à traiter et les dirige vers le bas suivant la flèche 20. Les produits à traiter passent sous le seuil 4 et, tant que le clapet 25 est fermé, sont classés, dans la zone de séparation 15, sous l'influence de la pesanteur et des courants ascendants 19 de liqueur dense, en plongeants 22 de densité supérieure à celle de la liqueur 2 et en flottants 23 de densité inférieure à celle de la liqueur 2.
Ces derniers s'élèvent à la partie supérieure 24 du compartiment secondaire (à droite de la cloison 3 sur la fig. 1) étant donné que le courant 20 les empêche de se diriger vers le compartiment pri- maire. Les plongeants 22 s'accumulent à la partie inférieure effilée 13 du compartiment secondaire 12.
Le clapet 25, fermant le bas de la cuve-1, est alternativement ouvert et fermé, l'ouverture et la fermeture étant commandées par un dispo- sitif à came et à leviers comme représenté sur la fige 2, ou par un dispo- sitif non figuré, d'un tvpe quelconque mécanique, pneumatique ou électrique.
Le dispositif de commande du clapet 25, représenté à titre d'exemple non limitatif sur la fig. 2, comporte une came 31 agissant sur un galet 32 porté par un élément 33 coulissant dans la pièce fixe 34, Le galet 32 est maintenu constamment contre la surface de la came 31 par un ressort 35 prenant appui sur la pièce fixe 34. L'élément coulissant 33 actionne, par l'intermédiaire d'un levier 36, la coulisse ou tige de comman- de 37 du clapet 25.
La coulisse 37 est mobile autour du point fixe 38 et comporte une série de trous 39. Un boulon 41 passant par un des trous 39 et par un trou prévu dans l'extrémité 40 du levier 36 réunit cette extrémité à la:. coulisse 37. Le levier 36 paut donc attaquer la coulisse 37 à différen- tes hauteurs. On a ainsi la possibilité de faire varier à volonté l'impor= tance de l'ouverture du clapet 25.
La vitesse réglable de rotation de la came 31 commande la fré- quence des ouvertures et fermetures du clapet 25, tandis que le profil de cette came réagit la durée relative des temps d'ouverture et de fermeture du clapet.
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Le fonctionnement de la cuve l'est identique : arrivée de li- queur dense en continu par 16' (la liqueur étant dirigée vers le-haut par les ajutages 18') et de produits 6' (flottants de la cuve 1), pendant que le désintégrateur 9' et le transporteur 14' sont en marche.
Sur la figure 1, on a représenté la cuve 1 juste avant l'ouver- ture du clapet 25 et la cuve l' juste avant la fermeture du clapet 25', mais il est bien entendu que chaque cuve comporte le cycle complet que l'on va décrire maintenant en se référant d'abord à la cuve de gauche 1 puis à la cuve de droite 1'.
On ouvre le clapet 25 lorsqu'une certaine quantité de plongeants 22 s'est accumulée à la partie inférieure effilée 13 de la cuve 1, ainsi que cela est représenté sur le dessin pour la cuve de gauche 1. Pendant l'ouverture du clapet 25, les plongeants 22 quittent la partie inférieure 13 de la cuve 1 dans laquelle ils se sont accumulés et le niveau du liquide dense 2 baisse progressivementou rapidement (suivant le réglage adopté pour le mouvement du clapet) de 26 (représenté en traits pleins pour la cuve 1) à 27 (représenté en traits mixtes pour la cuve 1)..
En se référant maintenant à la cuve de droite 1', on ferme le clapet 25' lorsque la quantité de plongeants 22' restant dans la partie 13' est faible. A ce moment, le niveau du liquide est en 27' (représenté en traits pleins). Tant que le clapet 25' est fermé, le niveau du liquide dense 2' monte progressivement de 27' en 26' (représenté en traits mixtes pour la cuve de droite 1') sous l'influence de l'arrivée de liqueur dense par 13' et de l'alimentation 6' en flottants 23 de la première cuve 1.
Lorsque le liquide a atteint le niveau 26', l'évacuation des flottants 23' commence et ceux-ci passent dans la capacité 28, suivant la flèche 29.
Par conséquent, le produit à traiter de la trémie 7 a été sé- paré en trois composants : les stériles, qui ont été évacués par le clapet 25 au bas de la première cuve 1, les mixtes qui ont été évacués par le cla- pet 25' au bas de la deuxième cuve 1', et le charbon propre, qui quitte suivant la flèche 30 la capacité 28.
On peut intercaler entre les deux cuves tout transporteur ou système.de stockage quelconque. Par exemple, on peut disposer une trémie stockeuse analogue à la trémie 7, recevant les flottants de la première cuve et permettant d'alimenter en continu la cuve 1'.
Il est bien entendu que les trois produits obtenus sont lavés de façon à récupérer le peu de liqueur dense qu'ils ont entraînée, la liqueur dense étant concentrée et soigneusement épuré, avant d'être réintroduite par les conduits 16 et 16' et les ajutages 18 et 18' dans les cuves 1 et '.
La séparation a lieu dans de très bonnes conditions lorsque les clapets 25 et 25' assurent une bonne pulsation dans les zones de classement 15 et 15', pulsation coopérant avec les courants ascendants 19 et 19' et les arrivées 20 et 20', dirigées vers le bas,des produits à séparer.
Suivant le réglage adopté l'ouverture des clapets 25 et 25' provoque au sein de la zone de séparation 15 et 15' un courant descendant plus ou moins violent et sa fermeture peut correspondre à un coup de bé- lier freinant et annulant brusquement ce courant en donnant lieu à une réaction inverse favorable au classement des produits.
Il est bien entendu que l'on peut apporter au mode de réalisa- tion décrit divers changements, perfectionnements ou additions, ou rempla- cer certains dispositifs par des dispositifs équivalents, sans altérer pour cela l'économie générale de l'invention.
REVENDICATIONS.
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