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La présente invention concerne un procédé de séparation de,solides par électrophorèse.
La séparation de solides par des moyens électrostatiques a été effectuée jusqu'ici en faisant passer des minéraux à l'état . finement divisé devant des plaques chargées électriquement, vers lesquelles les matières minérales étaient déviées sélectivement.
Jusqu'ici, pour extraire de gaz ou defluides isolants, des particules de matière, on ionisait l'air ou un autre por- teur de particules, l'ionisation du porteur provoquant électrique- ment la précipitation ou le mouvement de la matière.
Suivant la technique connue, une tension suffisamment élevée est utilisée dans des conditions particulières permettant d'obtenir, à l'électrode de décharge, à. la fois des ions néga- @
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tifs et des ions positifs, les ions se dirigeant ensuite vers des électrodes chargées de façon appropriée, entraînant avec eux les particules solides.
Un des problèmes 'que pose la séparation de solides dans un milieu ionisé, résida en ce que l'ionisation se produit normalement un rien avant l'aupartion d'effets de pointe ou d'arcs entre les électrodes, et des procédés ont été mis au point, en conséquence, de façon à utiliser des impulsions de courant de courte durée afin que, si l'intensité du champ est suffisante pour produire une ionisation notable, la durée soit trop faible pour que des arcs se produisent.
Selon la demanderesse, le procédé par ionisation a aussi été proposé pour la séparation d'émulsions liquides, mais les mêmes problèmes se posent que dcns le cas d'un gaz, et on ne peut obtenir une précipitation électrique inoffensive que si on maintient le courant dans des limites raisonnables, le cou- rant étant suffisamment élevé pour obtenir une ionisation maximum, mais suffisamment faible pour éviter les risques de production d'arcs ou de décharges disruptives.
Il est connu que les procédés, basés sur l'ionisation d'un gaz ou d'un autre milieu porteur, amènent des difficultés considérables quand on les applique à des matières non conductrices ou peu conductrices, en ce qu'il y a en présence des ions de signes opposés qui sont entraînés, par le champ électrique, vers des surfaces où ils freinent sérieusement les opérations de sépa ration.
L'ancienne technique connaît aussi le procédé de sépara- tion électrostatique basé sur la constante diélectrique, un mé- lange de matières minérales étant précipité dans un liquide non conducteur de l' él ectricité dont la constante diélectrique est comprise entre les constantes diélectriques des constituants à sénarer, tout en appliqueent une tension alternative à des sur-
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faces pointues de façon à faire adhérer aux pointes les particules. à constante diélectrique élevée.
Le procédé de la,. présente invention implique. l'utilisa-- tion d'un liquide non conducteu de l'électricité dans lequel la séparation s'effectue, mais, suivant le procédé de linvention la séparation s'obtient en appliquant un champ dirigé au liquide de telle façon que. les particules différentes soient entraînées vers des pôles ou des régions correspond'antes, ou bien que la séparation se fasse par électro-osmose, l'intensité du champ étant telle qu'il n'y ait pas d'ionisation notable du milieu porteur, un liquide non conducteur ou isolant dans le cas pré- sent, de sorte que la séparation dépend uniquement de la charge superficielle des particules mêmes, qui met les particules en mouvement dans le champ électrique.
Le procédé de l'invention ne peut pas être confondu avec les procédés de précipitation de substances dans un liquide con- ducteur, parce que, dans ces derniers, un courant relativement important circule et la charge superficielle des particules ne ,se présente pas de la même manière, le mouvement dépendant ici à nouveau de l'ionisation ou de la dissociation.
La présente invention s'exécute essentiellement dans un liquide isolant à résistivité électrique élevée, de sorte que ce liquide consiste pratiquement en un non-conducteur, et, par consé- quent, le courant circulant entre des électrodes immergées n'est pas important comme ce serait le cas si les liquides étaient con- ducteurs ou si on utilisait un courant d'une valeur telle qu'il provoquerait une ionisation ou une dissociation du liquide.
La demanderesse a découvert que les liquides convenant à l'invention sont ceux dans lesquels le potentiel Zeta dépasse le potentiel électrochimique, les liquides les plus utiles étant les liquides'non polarisés.
Il ressort clairement que, suivant le procédé de l'inven- tion, la séparation s'effectue par les propriétés qu'ont les parti-
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cules solides d'acquérir des charges superficielles, qui font cir- culer les particules dans le liquide isolant sous l'influence d'un champ induit, par exemple vers l'un ou l'autre des pôles ou élec- trodes, et, par conséquent, la forme de séparation la'plus simple suivant le procédé de l'invention, c'est-à-dire le cas où il faut sé- parer un solide d'un liquide, implique simplement le déplacement de la particule solide vers l'une ou l'autre des électrodes, suivant la nature du liquide et celle de la particule.
D'aute part, le procédé de l'invention permet de séparer deux solides de polarités opposées, ou à effets de charge nette- ment différents, chaque type de solide étant entraîné vers la région ou l'électrode ayant la polarité correspondante..
L'invention peut aussi être appliquée à la séparation de deux solides de même polarité mais d'amplitudes de polarité diffé- rentes,car il a été démontréque là où les particules à champ ou effet de surface plus puissant sont entraînées vers le pôle de polarité opposée, les particules à amplitude moindre sont automa- tiquement en traînées dans l'autre direction par un effet différen- tiel, ou elles sont au moins entraînées vers une région différente de celle vers laquelle les particules à amplitude plus grande se dirigent.
Le champ dirigé peut être induit par tout moyen comme l'application de courant aux électrodes,l'établissement d'un champ magnétique, ou même l'introduction de substance chargées qui règlent le mouvement des particules à séparer.
Il est aussi possible de traiter les matières minérales ou les particules à séparer, avec une substance qui change la charge superficielle effective des particules, par exemple par l'application d'une couleur, résine, huile, cire -ou gomme ou par des effets pyro-électrioues ou photo-électriques ou magnétiques ou de densité, les particules recevant ainsi la polarité ou se couvrant localement de charges superficielles de façon à pouvoir se diriger vers l'une ou l'autre des électrodes ou vers
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des régions appropriées.
Si, dans les procédés précités, on intercale une membrane entre les électrodes, la séparation peut être rendue dépendante de 1'électro-osmose, l'appareil étant, dans ce cas arrangé de façon que la membrane se trouve dans la position voulue relati- vement aux électrodes.
Il est intéressant de noter que, lorsque des particules sont mises en suspension dans un liquide isolant dans lequel elles peuvent se mouvoir librement, ces particules se déplacent rapide- ment et constamment dans toutes les directions, continuant ce mouvement aussi longtemps qu'elles restent en suspension, si aucun. champ électrique externe n'est appliqué. Les particules' se trouvent donc dans un état idéal de dispersion et de mobilité sans direc- tion privilégiée, étant donc prêtes pour participer immédiatement à un mouvement organisé. L'étude au microscope montre que, quand on applique un champ électrique, le mouvement est immédiatement in- fluencé et dirigé, et c'est sur ce comportement des liquides dans un liquide isolant que la présente invention est basée.
Il ressort clairement de ce qui précède que le procédé de séparation de l'invention concerne la suspension de solides, par exemple des minerais à. séparer, ou de matières à retirer de liquides ou à séparer entre elles, avec ou sans traitement, ou par addition au bain, de matières de modification de la charge superficielle des particules, dans un liquide isolant permettant l'accumulation de charges, et le déplacement des minerais ou matières à séparer dans 'le liquide à résistivité électrique élevée, en appliquant, aux électrodes ou semblables, du courant continu d'un potentiel tel qu'il n'y ait pas d'ionisation notable qui pourrait détruire ou s'opposer à la charge superficielle des particules, afin de diriger des particules chargées de façon déterminée, dans le liquide, vers les régions de séparation.
Afin que l'invention soit bien comprise, des formes d'exécution sont décrites ci-après avec référence aux dessins
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annexés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue schématique montrant comment une paire d'électrodes peut être immergée dans le liquide isolant et comment la séparation s'effectue.
La figure 2 est--une vue semblable, montrant comment une membrane, intercalée entre les électrodes, peut être utilisée comme 'agent collecteur.
La figure 3 montre comment une électrode peut être placée à l'intérieur d'un récipient contenant'le liquide avec la matière à séparer.
La figure 4 montre comment il est possible de déposer une des matières séparées dans un récipient plongé dans le liquide.
La figure 5 est une vue semblable à la figure 4, montrant comment deux matières peuvent être déposées sélectivement dans des récipients différents.
La figure 6 montre comment une opération de séparation continue peut se faire, et
La figure 7 représente schématiquement un appareil de ' séparation pour le traitement d'un lot de matières à la fois.
Une description plus détaillée suit avec référence aux figures des dessins annexés.
La figure 1 représente une forme d'exécution simple de l'invention, dans laquelle les particules 1 et 2 consistant en des solides, émulsions, émulsoides, colloïdes ou molécules, sont mises en suspension ou en dispersion dans le liquide 3, à l'aide de moyens classiques comme ceux utilisés pour la fabrication d'encres, peintures, huiles en dispersion ou emblables, le liquide,
3 étant un liquide ou un mélange de liquides à haute résistivité volumétrique.
Le liquide avec sa dispersion est contenu dans un récipient isolant 4. Les électrodes 5 et 6, par exemple des plaques métalliques ou d'autres plaques conductrices, sont plongées dans le fluide à dispersion et sont écartées l'une de l'autre d'une
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distance convenable dépendant de la tension qui doit leur être appliqué, celle-ci ne pouvant jamais dépasser le niveau où 11 se produirait une ionisation notable ou un arc.
Une telle Lension peut normalement être comprise entre 500 et 100.000 volts. A titre d'indication, quand le liquide de base est du tétrachlorure de carbone, et que la tension atteint 1500 volts, la distance doit êtred'un pouce (25,4 mm). Quand la ,tension est appliquée entre les électrodes, les particules ou gouttes ou molécules 1 sont rejetées nar l'électrode 5 parce qu'elles ont la même polarité que l'électrode 5, ét elles traversent le liquide 3 de l'élément, se déposant sur, adhérant à, ou se concentrant autour d.e l'électrode 6.
Des dépôts très épais peuvent être obtenus et maintenus sur l'é- lectrode 6, surtout si on maintient le champ pendant le retrait de l'électrode de l'élément. De même, les narticules ou gouttes ou molécules 2, ayant des charges de polarité opposée à 1, sont rejetées par l'électrode 6, traversent l'élément dans la direction de l'élec- trode 5 et se déposent sur, adhérent à ou se concentrent autour de cette électrode. Si on le désire, on peut obtenir ici aussi des dépôts épais ou de fortes concentrations.
Il est à noter que la séparation des particules 1 des particules 2 dépend de la présence de charges de polarités opposées ou différentes pouvant être indui- tes par leur dispersion dans le liquide et aussi par électrification de contact entre particules ou entre particules et récipient, ou semblable, ou par introduction d'électrodes spéciales.
La figure 2 représente une autre forme d'exécution de l'invention, dans laquelle une troisième pièce ou électrode 9 est intercalée entre-, les deux électrodes fixes 5 et 6 et mise à la terre par une résistance élevée ou faible. 'La pièce ou électrode amovible 9, par exemple une feuille de papier, une plaque métallique ou une toile, se recouvre de particules 1 d'un côté, le revêtement portant la référence 7, et, de l'autre côté, de particules 2 cons- tituant un revêtement 8, quand le champ électrique est établi entre
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les électrodes 5 et 6. L'électrode peut garder 'un dépôt épais sur ses deux faces si le champ électrique est maintenu pendant le retrait de l'électrode 9.
La figure 3 représente une autre forme de l'exécution de l'invention, dans laquelle le récipient 4 se confond avec l'élec- trode 5 et consiste, dans le cas considérée en une cuvette métalli- que peu profonde, celle-ci pouvant cependant avoir une autre forme.
L'autre électrode peut être constituée par une plaque plane 6.
Quand on applique le champ électrique, le dép8t et la séparation des particules 1 et.2 s'effectuent simultanément, les particules 1 se déposant sur ou se concentrant autour de l'électrode 6, de façon à constituer une'revêtement 8, tandis que les particules 2 se.dépo- sent sur le fond du récipient et forment le revêtement 7.
La figure 4 représente une autre forme d'exécution dans laquelle une électrode 6 est conformée de façon à constituer un récipient creux et est plongée dans le liquide 3 de la façon habituelle. Quand la tension est appliquée'entre les électrodes; les particules ou gouttes ou molécules 1 sont rejetées par l'élec- trode 5 parce que leurs charges ont la même polarité que l'électrode
5, et sont attirées vers l'électrode 6, traversant le liquide 3 de l'élément et se déposant ou se concentrant dans et autour du ré- cipient 2 constituant l'électrode 6, d'où elles peuvent être enlevées
La figure 5 représente une adaptation, dans laquelle l'élec trode 5 se présente aussi sous la forme d'un récipient creux que les particules 1 traversent pour se concentrer dans le récipient constitué par l'électrode 6,
tandis que les particules 2 se concen- trent dans le récipient constitué par l'électrode 5.
La figure 6 représente une autre forme d'exécution de l'invention, dans laquelle on désire séparer, de façon in- interrompue, les particules 1 et 2, pour en disposer ensuite séparément. Les particules mélangées sont mises en dispersion dans le liquide de la manière habituelle et sont introduites dans
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le récipient 4, par,le tuyau d'admission 12. Une tension est appliquée entre les, électrodes 5 et 6, dans le cas considéré, plusieurs électrodes consistant en des rouleaux 14 et 18 et des électrodes 5 et 6 dans le fond du récipient; il est à remarquer que, dans certains cas, les électrodes mises dans le fond du récipient peuvenete pas être nécessaires.
Le tapis 24, porté par les rou- leaux tournants 14, 15,16 et 17 constitue un tapis roulant sur lequel se déposent les particules 1 sous la forme d'un revêtement 7 qui se dirige, antihorlogiquement dans le cas considéré, vers la position 22, où ce revêtement est enlevé à l'aide d'un racloir ou par un autre moyen.
De même, le tapis 25 porté par les rouleaux tour- nants 18, 19 20 et 21, constitue un tapis roulant sur lequel se déposent les particules 2 sous la forme d'un revêtement 8 qui se dirige, horlogiquement dans le cas considéré, vers la position 23, où ce revêtement est enlevé à l'aide d'un racloir ou par un autre moyen. on peut constater que le liquide 3, servant de porteur aux particules, peut être réutilisé continuellement, le plein du bain étant màintenu par l'entrée du liquide avec dispersion par la tuyauterie 12 et évacuation du liquide débarrassé des particules par la tuyauterie de sortie 13.
La figure 7 représente une autre forme d'exécution de l'in vention servant principalement à séparer des particules d'un liquide dans lequel celles-ci sont déjà en dispersion, par exemple le cas de la séparation de pigments d'une peinture à titre d'analyse; dans ce cas, il peut parfois être nécessaire de diluer la peinture dans un solvant ou un diiuant avant séparation. Le récipient 4 se compose d'un boitier isolant avec un tapissage conducteur 26 se confondant avec l'électrode 5 et d'une électrode centrale cylindrique pleine'ou tubulaire 27 se confondant avec l'électrode 6.
Le liquide 3 avec sa dispersion pénètre, par l'admission 29, dans le tube de circulation 28 et circule dans le récipient 4 convenable-
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ment obturé à chaque extrémité. Un champ électrique est maintenu entre 26 et 27',, et les particules 1 et 2 sont amenées à se déposer sur les électrodes appropriées 27 et 26. (c'est-à-dire 6 et 5). Si l'électrode 27 est tubulaire, il est intéressant d'évacuer le dépôt sous la forme de Boue par l'évacuation 30. Dans le cas d'une élec- trode pleine 27, le dépôt doit être enlevé par intervalles.
Il est à noter que si. l'appareil en question concerne principalement la séparation de pigments d'un liquide porteur,. il est un fait. que la séparation de pigments différents se pro- duit par dépôts respectifssur les électrodes correspondantes.
On peut-constater aussi que, dans tous les exemples représentés aux figures 1 à 7 inclusivement, il n'est pas nécessaire de. limiter le procédé à l'utilisation d'une paire d'électrodes, un plus grand nombre d'électrodes pouvant être utilisé pour obtenir un résultat plus considérable.
Il va de soi que, dans tous les exemples donnés, il ne faut pas limiter la ou les électrodes à une forme ou une configura- tion particulière. On peut obtenir divers résultats, ne différant pas en- ce qui concerne le principe, en utilisant différentes formes d'électrodes comme des formes pleines, des électrodes perforées, des électrodes en forme de barres, des toiles, des grillages, ou des électrodes feuilletées et semblables.
Il est évident que, dans chaque cas, il n'est pas nécessai- re de limiter le liquide 3 à l'un ou l'autre liquide ou mélange de liquides déterminé; en outre, un second ou un troisième traitement d'un concentré déterminé neuf s'effectuer pour pousser la sépara- tion plus à fond, et ces séparations suivantes peuvent être faites à l'aide d'autres liquides pour obtenir une charge différentielle sur des particules déterminées.
Pour donner des exemples de la manière dont la séparation s'effectue, les substances données ci-après sont prises parmi de
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nombreuses matières qui, mises seules en dispersion dans du tétra-
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chlorure de carbone, ::,or.i; a.ttl.=-'s par l' eJ¯ef, t.raae négative: pient r'. -, I,.;e monol L te, sulfate de cuivre, waxoline ni:ros11}e, jaune monolite sa¯! ::'1 té de soè.iIXJ1, bichromate de potassium, fibres de coton fibres e,.5asbeste et sulfure d'. ef cc .iu..¯ En ajoutant, de la gomme dar2nar sous la forme d'une émulsiôn, le pigment'rouge monolite peut par exemple, être attire par 1-'électrode positive
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Les 1:'\atires suivantes, données à titre c1'exem,ple, sont prises parmi celles attirées par l'électrode positive;
oxyde de @ magnésium, sciure de bois, mouldirete méto, gomme laque,. carbona- ' te de calcium, soufre, talc, chlorure d'ammonium hydroxyde de lithi um gomme dammer et semblables. En ajoutant du talc au' métol, celui ci peut être attiré par l'électrode négative. Il en est de même du soufre, quand on y ajoute du talc. En ajoutant de la sciure de bois à une suspension de gomme dammar, celle-ci peut être attirée par l'électrode négative. Comme exemple de la réaction entre elles de deux'matières normalement attirées par 1'électrode négative, on peut citer le cas du rouge monolite et du jaune monolite, le rouge monolite poussant le jaune monolite vers l'élec rode positive.
@ Il a été constaté que, lorsque le mélange à séparer est broyé à l'avance en Drésence d'une huile comme l'huile de lin, les propriétés de séparation changent quand l'huile est dissoute par le liquide porteur, dans certains cas. Dans d'autres cas, les propriétés de séparation peuvent être maintenues constantes pour de longues périodes, en utilisant un liquide porteur qui ne dissout l'huile que lentement ou pas du tout. Dans d'autres cas encore, cette action du solvant peut être mise à profit, parce que cette action affecte certaines particules plus rapidement ou plus fortement que d'autres. Une condition essentielle est, dans le 'cas considéré, que les particules doivent être broyées à l'avance en orésence du milieu visqueux, l'huile par exemple.
Dans d'autres cas, il -oeuf être préfédralbe de mettre les particules en dispersion
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dans l'huile et le liquide porteur déjà mélangée les effets attendu. étant obtenus cette fois à cause de l'absorption, l'adsorption ou la chimi-sorption sélective au lieu d.e la sélection par la solu- tion ou la réaction comme dans les cas précédents.
D'autres exemples sont relatifs à la séparation de la ma- tière inorganique, le séléniure de cadmium, de nombreux pigments organiques, par dispersion dans un liquide composé de naphte comme solvant, d'huile de lin et de résine.
Un autre exemple concerne une substance qui, broyée et mise en dis-persion, 'tend à se déposer sur les deux électrodes, par exemple la fluorescéine qui est attirée pratiquement également par chaque électrode; en y ajoutant le pigment organique jauné monolite,la fluorescéine est attirée surtout par l'électrode positive.
La tourmaline, la boracite, le quartz et le spath fluor sont parmi les minerais pyro-électriques qui, quand on les chauffe ou les refroidit, deviennent positifs à une extrémité et négatifs à l'autre. Ce phénomène peut être mis à profit pour séparer ces matière d'autre substances.
L'oxyde de fer magnétique est un minéral magnétique typique qui peut aussi être utilisé dans des éléments séparateurs pour produire des effets voulus sur d'autres particules, par exemple l'élimination d'autres matières ferro-magnétiques.
On peut aussi utiliser des effets de densité pour empêcher un type de particule d'atteindre une électrode sur laquelle une autre matière plus légère ou de plus faible densité se dépose, par exemple pour la séparation de la galène (7,3) et la zincite (5,5).
Si on ajoute de la cire d'abeilles à un mélange de sulfure d'antimoine et de fluorure de calcium en dispersion dans du tétra- chlorure de carbone, on obtient une séparation nette des deux ma- tières, chacune recouvrant l'électrode opposée sous une forte
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épaisseur.
L'effet produit par l'adjonction d'une matière à une autre matière en suspension, peut varier avec la concentration de l'une par rapport à l'autre. Dans certains cas, il y a une concentration relative critique, à laquelle les deux matières peuvent précipiter ensemble après injection d'une très petite quantité de charges électriques.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de séparation de solides par électrophorèse, caractérisé en ce qu'on met les particules à séparer en suspension dans un liquide isolant ayant une résistivité électrique suffisante pour que les particules gardent leur charge inhérente, et on appli- que, au liquide, un champ dirigé d'une intensité telle qu'on évite une ionisation notable du liquide, grâce à quoi les particules. se déplacent dans le champ suivant une direction 'fonction de la charge superficielle des particules.