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"PROCEDE ET APPAREIL POUR SEPARER DES SUBSTANCES
DE POIDS SPECIFIQUES DIFFERENTS" '
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour séparer des matières de poids spéci- fiques différents par flottation de la matière la plus lé- gère et immersion de la plus lourde dans un milieu fluide dont le poids spécifique est compris entre ceux desdites matières;
l'invention consiste à créer et à maintenir une circulation dans une masse, non divisée verticalement, de ce milieu fluide, autour d'une zone sensiblement horizon- tale de cette masse, à faire que cette circulation produi- se un mouvement de translation sensiblement horizontal dans la région voisine de la partie supérieure de ce milieu flui- de, à faire que ce mouvement horizontal de translation se transforme en un mouvement descendant de translation dans la région voisine d'une extrémité de cette masse, à faire que ce mouvement descendant se continue par un mouvement
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de translation en sens inverse, dirigé vers'l'autre extrémité de cette masse, à faire que cette translation en sens inverse se continue par un mouvement ascendant de translation,
à faire que ce mouvement ascendant se continue par le mouvement sensiblement horizontal de translation mentionné en premier lieu, grâce à quoi un mouvement rotatoire de translation,à vitesse de translation sensiblement unifor- me, est induit sur le pourtour de cette masse ;
amener des matières à séparer dans cette masse, à faire que les plus légères de ces matières y flottent et soient emmenées de ce fait en un point d'où elles sont retirées, et à faire que les matières les plus lourdes s'y enfoncent pour aller, par cette translation en sens inverse, à un point d'enlèvement, cette translation en sens inverse, en passant dans la matière plus lourde qui tombe, récupérant la matière plus légère entraînée vers le bas par la matière plus lourde qui tombe et cette translation montante ramenant la matière plus légère, entraînée vers le bas, à la translation horizontale, et à enlever séparément de cette masse les matières plus lourdes et plus légères.
La présente invention est également caractérisée par le fait que la partie centrale de ce milieu fluide de séparation, entre ce courant supérieur se déplaçant horizontalement et ce courant se déplaçant en sens inverse, présente un volume sensible, ne comportant pas d'obstacles, de sorte que la matière peut tomber à travers cette partie centrale, puis à travers ce courant en sens inverse sans être gênée;
qu'une masse fluide secondaire est introduite à vitesse relativement élevée au-dessus de la masse fluide de séparation et dans le même sens)de circulation
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qu'elle que l'introduction de la matière à séparer a lieu dans cette masse fluide de séparation, au-dessus du courant se déplaçant en sens inverse et que des moyens, servant à créer et à maintenir la circulation sur le pourtour de la masse fluide de séparation, comportent un certain nombre de conduits d'évacuation du liquide débouchant tangentiellement au trajet de circulation.
La Fig. 1 est une coupe verticale représentant la circulation du milieu fluide de séparation produite par l'énergie de l'eau introduite sous pression dans ce milieu.
La Fig. 2 est une coupe verticale représentant schématiquement, un appareil dans lequel la circulation est obtenue par une roue à aubes dont l'axe de rotation est sensiblement horizontal.
La Fig. 3 est une coupe de détail d'un coin d'un récipient, représentant schématiquement un autre procédé d'enlèvement de la matière plus légère constituée par un élévateur à godets, mais montrant l'utilisation d'un système de raclette, de godet, d'écope, etc... pour cet enlèvement.
La Fig. 4 est une coupe perpendiculaire à la Fig.
2, faite suivant la ligne X-X, Y, Z et montrant l'amenée des matières par les goulottes d'alimentation 29', 29' à l'intérieur de la roue à aubes tournante 9.
Pour plus de simplicité, les dessins représentent l'appareil disposé de façon à produire une circulation dextrogyre dans le milieu liquide, mais ce sens de circulation n'est évidemment pas essentiel pour le fonctionnement de l'invention. Le sens de circulation du milieu fluide est indiqué par les f lèches.
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Il est évident que les dispositifs secondaires représentés dans l'une quelconque des figures du dessin, peuvent être utilisés avec l'appareil représenté sur l'une quelconque des autres figures.
Sur la Fig. 1, on voit schématiquement un récipient 1 ayant la forme d'un bac rectangulaire, mais qui peut avoir une forme ou une dimension quelconque appropriée et qui est pourvu d'un prolongement 2 allant en se rétrécissant vers le bas et servant à recueillir les matières plus lourdes tombant à travers le milieu de séparation fluide 3, du type indiqué, et qui remplit le récipient. Le récipient est pourvu d'entrées 4, commandées par des robinets, servant à l'admission de l'eau ou d'eau et de sable mélangés sous pression. Une colonne de classification 5, avec arrivée d'eau 6, commandée par un robinet, relie la base du récipient 2 avec un système d'évacuation pour arrêter la matière plus lourde et comprenant des registres et des cylindres 8, 8' servant à pousser ces registres, avec chambre 7 pour les déchets.
Sur la Fig, 2, la circulation du milieu fluide est obtenue au moyen d'une roue à aubes tournante 9, pourvue de pales 10, montée sur un arbre 11, et qui est actionnée par une force motrice appropriée quelconque provoquant ainsi la circulation représentée par les flèches. Un certain nombre de ces roues à aubes peuvent être disposées, soit en parallèle, soit en série. La roue 9 avec ses aubes 10 peut être du type complètement ouvert, les aubes ou pales étant portées par des systèmes d'étoiles ou de disques montés sur l'arbre 11. On a représenté en 12 un déflecteur courbe qui aide à convertir le courant vertical en un cou-
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rant horizontal.
Ces déflecteurs sont utiles, quoique non essentiels, car l'appareil fonctionnerait sans eux, mais avec une certaine perte d'énergie du fait de courants tourbillonnaires,
Dans l'application au lavage du charbon, le mi- lieu 3. effectuant la séparation peut être une suspension dans l'eau de sable de quartz passant aux tamis compris entre le numéro 30 et le numéro 80, ce milieu ayant un poids spécifique plus élevé que celui du charbon et inférieur au charbon très cendreux, aux schistes, aux rocs ou autres impuretés mélangées.
Le récipient 1 est muni d'une poche d'alimentation 13, d'un registre d'alimentation réglable 14 et d'une goulotte d'alimentation 15. Les moyens servant à enlever le charbon flottant à la partie supérieure de 3 et qui est indiqué par la ligne A-A, sont représentés ici comme constitués par un seuil de trop-plein avec tamis 17 séparant le sable et l'eau, le sable se déposant dans le bac 18 et étant pompé par le conduit 19 par la pompe à sable 20 qui le renvoie dans une boîte 21 d'où il revient au récipient 1 et dans lequel il rentre au voisinage de la partie supérieure du milieu 3 servant à faire la séparation, sur la ligne A-A.
Le charbon qui flotte sort par le seuil de tropplein 16 en passant au-dessus du tamis 17 de séparation de l'eau et du sable, le charbon allant à des poches ou tamis de classification 26 et l'eau et le sable allant au bac à sable 18.
La chambre à déchets 7, en outre de la rentrée 22 commandée par robinet pour l'eau sous pression, comporte
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un orifice à air 23, commandé par robinet, de façon à permettre l'échappement de l'air.
On a représenté un autre système d'évacuation sur la Fig. 3. Celui-ci est constitué par un élévateur à godets 24 dont les godets sont de préférence perforés, de sorte que le milieu fluide mélangé au charbon peut retomber dans le récipient 1 et ceci est aidé par des jets de pulvérisation d'eau 25.
Le sable et l'eau retirés, avec les déchets, de la chambre à déchets 7 peuvent être envoyés à l'égout ou être amenés dans le récipient 1 pour y être réutilisés.
L'eau sous pression arrivant par les entrées munies de robinets 4 et 6 et par les jets de pulvérisation 25 peut être fournie par une source étrangère quelconque ou par le trop-plein 26 du bac à sable, mais une certaine quantité d'eau de complément doit être fournie par une source étrangère à l'appareil.
Ce procédé hydraulique d'obtention de la circulation du milieu de séparation convient particulièrement bien pour maintenir en suspension un mélange de solides finement divisés, tels que l'on en rencontre dans le lavage des charbons bitumineux à faible poids spécifique.
Dans des milieux de ce genre, le pourcentage en volume du sable par rapport à l'eau peut ne pas être supérieur à 25 ou 30 % de sable pour 75 ou 70 % d'eau et le milieu fluide est un mélange relativement dilué. Dans ce mélange, la vitesse de chute des particules de sable est beaucoup plus grande que dans des mélanges moins dilués et, par suite, il est nécessaire d'avoir une grande quantité d'eau qui monte pour maintenir en suspension les particules de sable,
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et avec le perfectionnement selon l'invention, l'énergie cinétique de l'eau qui arrive est utilisée pour obtenir la circulation désirée.
L'eau en circulation doit être surtout introduite en dessous du milieu de séparation liquide, comme cela est indiqué par les plus grands diamètres des arrivées 4, 4, 4', munies de robinets et disposées à la partie inférieure des récipients dans les Fig. 1 et 2.
Dans les dessins, la ligne B-B indique la limite supérieure d'une masse d'eau recouvrant le milieu de séparation et dans les formes de réalisation de l'invention utilisant les procédés décrits dans le brevet américain N 1.392.399 du 4 Octobre 1921. Ces lignes A-A et B-B sont horizontales sur le dessin, mais, en pratique, ni la partie supérieure du milieu de séparation, ni l'eau le recouvrant, ne sont nécessairement horizontales, mais peuvent présenter une pente partant du point d'alimentation pour aller vers le coin où le charbon est enlevé, ou bien où l'eau?'en va.
De façon à permettre le remplacement des robinets de sortie du mécanisme opératoire ou de la chambre à déchets pour des remplacements ou des réparations, sans retirer du récipient le sable et l'eau qu'il contient, on peut disposer avantageusement un registre 28 (Fig. 2), à la partie supérieure de la colonne de classification 5, registre qui est maintenu ouvert quand l'appareil est en service, mais qui peut être fermé avant d'arrêter son fonctionnement, de façon à empêcher l'appareil à classer de se remplir d'une masse compacte de sable.
La masse fluide 3, contenue dans le récipient de séparation, doit être maintenue à une vitesse plus grande
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que celle du courant des matières d'alimentation qui y entrent de façon que ces matières puissent être entraînées en partant du point d'entrée, en réduisant ainsi l'épaisseur des matières qui flottent.
Le sable et l'eau mis en circulation par la pompe à sable 20 constituent une masse fluide secondaire qui est injectée directement sur le dessus de la masse fluide 3.. Cette masse fluide secondaire est, de préférence, injectée à plus grande vitesse que celle de la surface de la masse fluide 3, aidant ainsi à maintenir la vitesse à la surface de cette masse et, du fait de l'énergie due à sa propre vitesse, elle entraîne la matière qui flotte plus rapidement vers le point d'évacuation, augmentant ainsi le rendement horaire et l'efficacité du fonctionnement.
La Fig. 1 représente une forme préférée d'intro- duction de matières à séparer ; introduction se fait par l'orifice d'un conduit d'alimentation 29 par lequel la matière à séparer arrive dans la zone neutre à travers l'une des parois du récipient 1 ou à travers les deux.
Un conduit d'alimentation analogue peut évidemment être appliqué sur la fig. 2, la matière étant injectée à l'intérieur de l'agitateur tournant 9, comme on l'a représenté en 29'.
Si ce conduit d'alimentation est utilisé on peut supprimer les goulottes d'alimentation 15 ou s'en servir comme appareils d'alimentation auxiliaires pour le charbon de petite dimension, mais la boîte 21 et son auge sont conservées pour ramener à la partie supérieure du milieu de séparation 3, la masse fluide auxiliaire renvoyée par la pompe 20, venant du bac à sable 18, comme cela est re-
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présenté sur les Fig. 1 et 2, et cette auge peut, si on le désire, être utilisée également pour amener des matières à séparer directement sur la partie supérieure du milieu fluide de séparation 3.
Le type de récipient jugé le meilleur est une auge relativement longue et étroite, dont le dessus ouvert est horizontal ou présente une pente hydraulique depuis l'alimentation jusqu'au seuil de décharge et dont le fond est incliné vers le bas du côté de la zone où se fait l'alimentation, de façon que la partie la plus profonde du récipient soit à gauche lorsque le sens de circulation est dextrogyre versla droite, comme on le voit sur la Fig. 2, mais le récipient peut avoir une forme ou une dimension quelconques, en ce qui concerne la longueur, la hauteur et la largeur.
Dans une auge de ce genre, la masse fluide de séparation peut avoir une grande vitesse de surface et, par suite, une grande capacité d'entrainement de la matière flottant depuis l'alimentation jusqu'à la décharge. La masse fluide secondaire, superposée en vue d'obtenir l'efficacité et le rendement maxima doit être envoyé par-dessus la masse liquide de séparation, dans le même sens et à une vitesse sensiblement plus grande que celle de la masse de séparation, en transportant ainsi la matière qui flotte, à une plus grande vitesse, vers le seuil de déchargement et par-dessus celui-ci.
La présente invention est intéressante pour la séparation des substances de poids spécifiques différents, séparation effectuée par flottation de la matière la plus légère et chute de la matière la plus lourde dans un milieu
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fluide ayant un poids spécifique compris entre celui des matières plus légères et plus lourdes; elle est intéressante également pour la séparation au moyen d'un milieu fluide ayant un poids spécif ique suffisant pour retarder la chute de certaines des matières les plus légères, mais non suffisant pour permettre à toutes ces matières légères de flotter.
Ce milieu fluide peut être un liquide quelcon- que approprié ayant la fluidité désirée, c'est-à-dire un fluide quelconque non visqueux, tel que de l'eau ou des solutions non visqueuses de sels solubles dans l'eau, telles que la saumure, l'eau de mer, les solutions de chlorure de calcium, etc..., ou des mélanges de ces liquides ou solutions.
La présente invention est intéressante pour la séparation de substances au moyen d'un milieu fluide consistant en une suspension entretenue dans un liquide de particules solides plus lourdes que ce liquide et sensiblement insolubles dans celui-ci, comme cela est décrit dans les brevets américains ? 1.224.138 du 1er Mai 1917, 1.392.399 du 4 Octobre 1921 et la réissue 17.873 du 18 No- vembre 1930, dans lesquels ces milieux de séparation, leurs compositions et leurs caractéristiques sont décrits et définis.
Le perfectionnement selon la présente invention consiste à produire et à maintenir la circulation dans une masse d'un milieu fluide du genre en question, autour d'une zone sensiblement horizontale de cette masse. Le parcours décrit par cette circulation peut être circulaire, ellip-
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y ait écoulement longitudinal à la partie supérieure se continuant par un écoulement longitudinal en sens inverse dirigé vers le fond, et un écoulement montant reliant l'écoulement dirigé vers le fond avec celui de la partie supérieure, produisant ainsi une circulation dans ce milieu.
Lorsque les matières à séparer sont amenées dans la partie supérieure de ce milieu de circulation fluide, ces matières sont entraînées immédiatement par l'écoulement longitudinal à partir du point où se fait l'alimentation, suivant une couche relativement mince, d'où les matières plus lourdes peuvent tomber rapidement en laissant les matières légères flotter à la surface de ce milieu qui coule, et ces matières légères sont ainsi rapidement transportées dans une zone de sortie, à une extrémité du récipient de séparation, tandis que les matières plus lourdes, tombant dans le fond de ce récipient, sont amenées par le courant circulant en sens inverse à la partie inférieure de ce milieu, de façon à s'accumuler dans une zone d'où on peut les enlever facilement.
Les matières légères qui, par accident, peuvent être entraînées vers le bas, dans la partie inférieure du récipient de séparation,sont amenées, par le courant circulant en sens inverse à la partie inférieure de ce milieu, dans la zone du courant qui remonte et sont ainsi ramenées à la partie supérieure de ce milieu fluide et rejoignent les matières plus légères flottant dans cette zone. La 'séparation est ainsi effectuée rapidement et efficacement.
Dans son application au milieu fluide comprenant des particules solides en suspension dans un liquide, les particules solides les plus grandes et les plus lourdes,
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tendant à se déposer dans le bas et à s'accumuler à la partie inférieure de ce milieu, sont entraînées, par la circulation qui est réalisée dans ce milieu, vers sa partie supérieure et y sont réparties, tandis que les particules solides plus fines et plus légères, tendant à s'accumuler à la partie supérieure de ce milieu, sont entraînées vers le bas, du fait de la circulation vers cette partie inférieure et y sont réparties, ce qui maintient ainsi un mélange uniforme de ces particules solides dans la suspension.
La circulation joue donc deux rôles elle remélange les particules solides et elle transporte les matières plus légères de l'alimentation à la décharge, ainsi que les matières plus lourdes à l'endroit où l'on désire les évacuer. En outre, les matières sont également traitées de nouveau dans la partie inférieure du milieu, de sorte que les matières plus légères en sont retirées et ramenées à la partie supérieure.
Cette dernière façon de procéder est particulièrement utile dans un milieu fluide servant à séparer du charbon les impuretés qui y sont mélangées ou à séparer d'autres substances telles que des minerais, d'avec la gangue ou autres déchets, etc...
On voit donc que le procédé et l'appareil décrits ci-dessus peuvent être utilisés pour séparer des matières de poids spécifiques différents, dans lesquels les màtières de valeurs flottent comme cela est le cas pour nettoyer le charbon des matières étrangères lourdes, et, d'autre part, le procédé et l'appareil peuvent être utilisés pour concentrer des minerais métalliques dans lesquels les matières de valeur tombent et le minerai impur et/ou la matière, sans
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L'expression "sable" telle qu'elle est utilisée dans la description qui précède, s'entend pour toutes matières solides finement divisées, convenant au but envisagé, et l'expression "eau" comprend tous liquides, mélange de liquides ou solutions de sels solubles convenant pour faire un milieu du genre indiqué.
L'invention peut être appliquée pour la séparation de minerais de métaux lourds, des minerais de qualité inférieure, ou pour séparer des matières non métalliques de poids spécifiques différents, qu'il s'agisse de produits naturels tels que le calcaire et les barytes, ou de produits artificiels tels que ceux qui sont obtenus dans les fours chimiques ou électriques, etc...