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"Procédé et appareil de classification hydraulique de produits solides*
La présente invention se rapporte aux procédés de classi- fication hydraulique de solides, ainsi qu'aux appareils pour la mise en oeuvre de ces procédés, du genre comprenant un bac de lavage dans lequel on place un liquide séparateur d'un poids spécifique tel qu'il assure la flottaison d'un produit pour effectuer sa séparation des solides restants, des moyens pour l'introduction du mélange initial de solides et une certaine quantité de liquide séparateur dans le bac, et un barrage d'éva- cuation au-dessus duquel le produit flottant est évacué ou lavé par le liquide séparateur s'écoulant du récipient.
Le procédé et appareil suivant l'invention sont particu- lièrement bien adaptés pour effectuer la séparation à deux pro- duits de charbons ou d'autres matériaux, mais peuvent également être adaptés pour la séparation à trois produits.
L'objet principal de l'invention consiste en un procédé et un appareil pour la classification hydraulique de solides d'un manière continue, en produits de poids spécifiques différents, sans la perte d'une quantité économiquement prohibitive de liquid séparateur.
L'appareil suivant l'invention est remarquable notamment en ce qu'il comprend une roue de convoyage annulaire comportant
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une série circulaire d'aubes formant entre elles des espaces de convoyage s'ouvrant radialement vers l'intérieur, cette roue étant partiellement submergée dans le liquide séparateur contenu dans le bac de lavage pour l'élévation des solides plongeants seulement du liquide séparateur, des moyens pour l'évacuation de ces solides pénétrant dans la partie centrale ouverte de la roue de convoyage annulaire et susceptibles de recevoir des espaces de convoyage de cette roue, les solides qui y sont soulevés en dehors du liquide séparateur et reversés radialement vers l'in- térieur, et une entrée pour l'introduction de liquide séparateur additionnel dans le fond du bac sous la périphérie de la roue 1 convoyage,
de telle sorte que ledit liquide traverse en montant les espaces de convoyage submergés de la roue en s'écoulant vers ledit barrage d'évacuation.
Le procédé de classification suivant l'invention comprend essentiellement l'introduction du mélange initial de solides avec une certaine quantité de liquide séparateur dans une masse liquide qui fait flotter l'un des produits pour effectuer sa séparation des solides restants, le retrait du produit flottant et d'une partie du liquide séparateur de ladite masse liquide, la sépara- tion du liquide séparateur du produit flottant, la réintroduction du liquide ainsi séparé dans ladite masse liquide en créant un courant ascendant dans la partie inférieure de cette masse, et le retrait desdits solides restants de la masse liquide.
Le procédé et appareil ci-dessus énoncés dans le cas d'une séparation à deux produits, peuvent être adaptés pour une sépara- tion à trois produits par la création d'un courant oblique ascen- dant dans la masse liquide suivant une direction croisant le parcours desdits solides restants qui plongent ; on réalise ainsi une séparation par un déplacement latéral relatif, des solides
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s'enlonçant plus lentement des solides s'enfonçant plus rapide- .. - nt 3 sorte eue, après la tiaversée du courant intermédiaire, 1 z ..:dnsi sép rés se déposent dans des zones différentes '...;3"" ::"l::.'¯ide.
On crée d'utre part un courant
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ascendant dans la partie inférieure de la masse liquide dans la zone de passage des solides s'enfonçant plus rapidement, de ma- nière à aider la séparation de ceux-ci des solides plongeant plus lentement, et on crée en même temps un courant descendant dans le bas du liquide séparateur dans la zone de passage des solides plongeant plus lentement en vue d'accélérer la vitesse d'enfoncement de ces solidès, et on retire séparément les soli- des des zones ainsi différenciées.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre d'un mode de réalisation choisi uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un appa- reil suivant l'invention et capable de mettre en oeuvre les pro- cédés ci-dessus définis de classification hydraulique de solides, en produits de poids spécifiques différents ; la figure 2 est une vue en plan de cet appareil ; la figure 3 est une vue en coupe verticale transversale de cet appareil ; la figure 4 est une coupe verticale suivant la ligne IV-IV de la figure 3 ; la figure 5 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne V-V de la figure 3 ; la"figure 6 est une vue de détail en perspective de la tuyauterie du dispositif d'alimentation en liquide séparateur ;
la figure 7 est une vue en coupe verticale du récipient séparateur ; la figure 8 est une vue de détail en perspective de l'ap- pareil représenté sur les figures précédentes ; les figures 9 et 10 sont des vues de détail en coupe de le roue convoyeuse.
Suivant le mode de réalisation choisi et représenté, on
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voit quatre poteaux d'angle 11, réunis à leur sommet par des poutres de support 12. Les fissures 1 à 4 montrent deux éléments de cadre 13 reliés aux poutres 12.
Sur les figures 1 5, on voit la construction du bac de lavage qui comprend un flanque côté alimentation 14, un flasque côté évacuation 15, une fausse plaque de fond 16 et les plaques de c8té et de fond combinées 17 et 18. Les flasques 14 à 15 sont reliées d'une manière appropriée aux poteaux d'angle 11 et à la plaque de fond 16 par des cornières 19. Les plaques de coté et de fond combinées 17 et 18 comprennent les parties supérieures ver- ticales 20 et 21, les parties intermédiaires courbes 22 et 23 et les parties rectilignes de fond 24 et 25. Les figures 1 et 2 mon- trent ces parties 24 et 25 formant les côtés opposés de deux con- duits 26 et 27. Les deux côtés restants de ces conduits sont for- més par les plaques 28, 29,30 et 31.
Le flasque côté alimentation 14 est muni d'une ouver- ture d'alimentation 33 à laquelle est connecté le couloir ou auge d'alimentation 34 pour le matériau initial qui peut être consti- tué par exemple par du charbon brut ou tout venant. Ce couloir d'alimentation 34 est connecté à son extrémité extérieure à la tubulure du dispositif de circulation liquide. Ainsi, du liquide peut être ajouté au matériau initial pour aider l'écoulement de celui-ci. Une plaque déflectrice de courant 35 est placée à l'ex- trémité de réception du couloir 34 pour diriger le liquide vers le bas.
Le flasque 14 est muni également d'une ouverture d'entrée 36 pour sa connection au dispositif de circulation liquide. Cette ouverture 36 est disposée de telle sorte que son axe passerait juste au-dessus du barrage ou déversoir 37 de l'ouverture de sortie 38. Une auge d'évacuation 39 est reliée à l'ouverture de sortie 38, pour emmener le produit flottant et une certaine quantité du liquide séparateur. Les figures 3, 4 et 5 montrent les -ancres 13 portant des cadres 40 qui supportent des paliers 41
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dans lesquels tournent deux arbres parallèles 42 portant des galets à rebord 43 qui servent à supporter la roue convoyeuse.
Cette roue convoyeuse consiste en trois anneaux espacés 44,45 et 46. L'anneau 45 constitue une cloison centrale qui sépare l'intérieur de la roue en deux parties.
Ces trois anneaux 44 à 46 sont reliés entre eux par les plaques d'aubes 47, des bandes de fixation 48 pour ces aubes et des cornières 49. La périphérie de la roue convoyeuse est fermée par un tamis en fil 50. On voit que cette roue convoyeuse forme deux séries circulaires de poches de convoyage qui sont ouvertes intérieurement et fermées vers l'extérieur pour les solides con- voyés par le tamis 50.
Les figures 3 à 5 et 9 montrent les anneaux 44 et 46 portant boulonnés sur eux des anneaux entretoises 51, des cou- ronnes dentées 52 et des anneaux de roulement 53. Les anneaux de roulement sont au contact des galets à rebord 43 pour supporter la roue convoyeuse dans l'enceinte de séparation.
La roue convoyeuse est entraînée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par une chaine 54 en prise avec les pi- gnons 55 portés par des arbres 56 tournant dans les paliers 57 montés sur les éléments 13.
L'un des arbres 56 porte un pignon à chaîne 58 en prise avec une chaîne 59 entraînée par un pignon moteur 60 monté sur l'arbre de commande 61 d'un réducteur de vitesse 62. Ce réduc- teur de vitesse 62 a son arbre d'entraînement 63 accouplé à l'ar- bre d'un moteur électrique 64. Ce mécanisme d'entraînement est monté sur la plateforme 65.
Lorsque la roue convoyeuse est entraînée en rotation, les poches de convoyage reçoivent les solides classifiés lorsque ceux-ci traversent la partie basse de leur parcours annulaire et déchargent les solides convoyés dans leur passage à la partie supérieure de leur chemin annulaire. Il importe pour cela de fer-
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:',:1' les luvertures de ces poches pendant qu'elles passent sur les 1 1 i lzért.les do le..1' trajectoire. Pour cela, une plaque ' .-##: rixte aux flasques 14 et 15 par les rebords 67a
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Lorsque la roue convoyeuse est en lonctionnement pour la sépara- tion de deux produits différents, ceux-ci sont convoyés séparé- ment dans les deux séries annulaires de poches de convoyage.
Pour maintenir ces produits séparés dans leur évacuation, les deux séries de poches sont évacuées dans des zones séparées par des plaques de prolongement associées à la plaque courbe 66.
Ces plaques de prolongement se divisent en une section intérieure 68 et une section extérieure 69. La section 69 est munie d'une lèvre de décharge 70 attachée à une cornière entretoi- se 71. Un bras de support 72 est porté par la plaque de prolonge- ment 68 pour le montage de cette plaque sur la cornière 71. La section 68 est supportée en outre par des équerres 73 fixées à une auge 74 qui s'étend au travers du bac à l'intérieur de la roue convoyeuse. Cette auge 74 est inclinée pour se décharger du côté retour de la roue convoyeuse. Le liquide séparateur reçu par cette auge 74 est retourné au côté inactif de la roue convoyeuse. L'auge rencontre la plaque courbe 75 qui se termine à une certaine dis- tance et parallèlement à la plaque courbe 66.
Les bords inférieurs de ces plaques 66 et 75 forment une ouverture d'alimentation par laquelle les solides classifiés peuvent accéder aux poches de la roue rotative.
Les figures 3 et 4 montrent deux plaques perforées 76 inclinées et convergeant vers le bas, disposées à l'intérieur de la roue convoyeuse et canalisant les solides classifiés vers cette ouverture d'alimentation de la roue convoyeuse.
Sur les figures 1, 3 et 4, on voit un diviseur réglable 77, articulé sur l'arbre 78, tournant dans des paliers 79. Cette plaque de répartition 77 aide la séparation des solides amenés aux deux séries de poches de la roue convoyeuse et sa position est commandée par la biellette 80 et le levier 81.
Les solides séparés, déchargés des deux séries de poches convoyeuses, sont emmenés séparément par une auge de convoyage 82, divisée en deux compartiments83 et 84. Les compartiments 83 et
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64 sont associés à des ailettes 85 et 86 s'y déplaçant pour l'entraînement des solides. Ces ailettes sont attachées aux barres transversales 87 portées par les chaînes convoyeuses 88.
Les figures 1, 2 et 4 montrent un arbre 89 qui porte les pignons à chaîne 90 qui entraînent les chaînes convoyeuses 88.
L'auge d'évacuation 39 se vide sur un tamis vibré 91, porté par des câbles 92 suspendus à des consoles élastiques 95 portées par les poutres 12. Un vibrateur 94 associé au tamis 91 est entraîné par une courroie 95 passant sur la poulie d'entrai- nement 96 d'un moteur électrique 97. Ce tamis vibr4 91 reçoit produit flotté du bac de lavage et une quantité pré-déterminée de liquide séparateur. Le produit flotté est déchargé à l'extré- mité du tamis vibré, tandis que le liquide séparateur traverse le tamis disposé dans la goulotte 98. Le liquide est ramené de cette goulotte au bac de lavage par des pompes et des tuyaux.
A . cet effet, le niveau liquide dans le bac de lavage sera plus élevé que dans la goulotte 98 et la goulotte devra avoir une capacité lui permettant de recevoir le liquide évacué du bac de lavage lors- que les pompes sont arrêtées et le niveau liquide dans le bac de lavage est le même que le niveau dans la goulotte.
L'ouverture d'évacuation de la goulotte 98 est reliée (Fig. 6) à une boîte de raccord 99 dont les extrémités communiquent avec les robinets 100 et 101. Le robinet 100 est relié par un tu- yau 102 à un coude 103 accouplé à l'aspiration d'une pompe 104.
Le refoulement de cette pompe est branché par le coude 105 au tu- yau 106. Ce tuyau est connecté par un coude 107 à un tuyau 108 qui est connecté au té 109. Le robinet 101 est connecté au tube 111 par un coude 110. L'extrémité extérieure de ce tuyau est branchée à l'entrée d'une deuxième pompe 112 ; la sortie de cette pompe est branchée par un coude 113 et le tuyau 114 au té 109.
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La branche de sortie du té 109 est connectée par un raccord en Y 115 aux robinets 116 et 117, Le côté aval du robi- net 116 est connecté par le raccord 118 à l'ouverture d'entrée 36 du bac de lavage. Le robinet 117 est connecté par le tuyau 119, le raccord 120 et le tuyau 121 au distributeur 122, dont les différentes sorties 123 s'ouvrent dans l'extrémité de réception de l'auge ou couloir d'alimentation 34.
Le tuyau 106 est connecté par des dérivations 124 et 125 respectivement aux robinets 126 et 127. Les côtés aval de ces robi- nets sont connectés aux tés 128 et 129 respectivement. Dans le tuyau 111 débouchent des dérivations 130 et 131 qui sont connectées respectivement par les coudes 132 et 133, les éléments tubulaires 134 et 135 eux robinets 136 et 137. Les ouvertures restantes de ces robinets 136 et 137 sont connectées respectivement aux tés 128 et 129. On notera que le té 128 est connecté à l'ouverture du fond du conduit 27, tandis que le té 129 à l'ouverture du fond du conduit 26.
La recirculation du liquide séparateur peut être accomplie de la manière suivante.
Une quantité appropriée de liquide séparateur, de poids spécifique approprié, est placée dans la goulotte 98 et dans le bac de lavage. Si du charbon est à séparer en trois produits, le poids spécifique du liquide séparateur devra être choisi pour assurer la flottaison du charbon le plus pur. Le restant du matériau de départ qui sera à séparer en déchets et en mixtes, devra plonger dans ce liquide.
Pour la préparation du liquide séparateur, on peut utiliser en solution, du chlorure de chaux ou tout autre sel chimique, ou encore des solides pulvérisés tels que sable, du ferro-silicon, de la magnétite ou autres produits similaires, sous forme de sue- pension dans l'eau. Bien entendu, les proportions appropriées d'eau et de produits d'augmentation de la densité seront à déterminer .. dvast le poids spécifique désiré pour le liquide.
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au cours du fonctionnement continu du dispositif, des quantités réglées de liquide en circulation seront retirées d'une partie appropriée quelconque du dispositif en vue de per- mettre un reconditionnement du liquide et une quantité corres- pondante de liquide fraîchement préparé sera chargée dans le dispositif de toute manière appropriée, afin de maintenir un volume total constant pendant toute la durée de fonctionnement.
Etant donné qu'un volume constant de liquide séparateur quittera le bac de lavage pendant toute la période de fonctionnement de l'appareil, par passage au-dessus du barrage 37, avec le charbon flottant, une quantité similaire de liquide devra être retourna au bac de la goulotte 98 pour maintenir le niveau liquide 32.
L'entrée de courant ascendant 36 et l'arrivée de liquide sépara- teur avec le matériau de départ par l'auge 34 et l'entrée 33, ser- vent en premier lieu au retour d'une quantité appropriée de liqui- de dans l'enceinte de séparation.
Le liquide séparateur est délivré à l'entrée de courant ascendant 36 par le raccord 118, le robinet 116 et le raccord 115. Le liquide séparateur est délivré au couloir d'alimentation 34 par le distributeur 122, les tuyaux 119,120 et 121, le robinet 112 et le raccord en Y 115.
Le liquide séparateur est délivré au raccord en Y 115, à la fois par les pompes 104 et 112. La pompe 104 reçoit le liquide séparateur de la goulotte 98 par le robinet 100 et les tuyaux 102 et 103. Cette pompe délivre le liquide au raccord en Y 115 par le tube 106, le coude 107, le tuyau 108 et le té 109. La pompe 112 reçoit le liquide de la goulotte 98 par le robinet 101, et les tuyaux 110 et 111. Cette pompe délivre le liquide au raccord en Y par les tuyaux 113 et 114.
Les robinets 116 et 117 commandent la division du liquide en recirculation entre l'ouverture d'entrée 36 et l'auge 34. Les robinets 100 et 101 règlent la pression hydraulique d'entrée des Drapes 104 et 112, de facon à les maintenir dans un équilibre
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hydraulique approprié.
Le courant oblique ascendant créé dans le bac de lavage devra être réglé suivant les dimensions des solides à classifier.
Le débit de ce courant oblique ascendant devra être proportionné également suivant le volume ou la capacité du bac de lavage.
La recirculation du liquide séparateur dans le bac de la- vage par les conduits de délivrance de liquide vers l'entrée 36 et l'auge 34, maintiendra les particules pulvérisées convenable- ment suspendues dans la plus grande partie du bac, de sorte que le poids spécifique de la partie superficielle de la masse liquide pourra être maintenu d'une façon continue. Ce même poids spécifi- que sera maintenu dans la zone affectée par le courant oblique as- cendant. La rotation de la roue convoyeuse stabilisera également la densité du liquide.
On notera que la partie inférieure du bac de lavage, partie située sous le parcours du courant ascendant, a une tendance à fonctionner comme une trappe pour les particules pulvérisées de forte densité. Si la roue convoyeuse ne maintient pas cette partie du liquide suffisamment agité, pour maintenir les particules pul- vérisées en un état de suspension convenable, le poids spécifique de cette zone de fond du liquide sera plus élevé que celui désiré.
Cette zone de stabilité douteuse est mise à profit pour la réali- sation des poids spécifiques artificiels les plus favorables dans les zones d'alimentation des deux séries de poches convoyeuses de la roue convoyeuse. Ce contrôle est obtenu par les deux conduits 26 et 27 et les tuyaux 106 et 111.
Le tuyau 106 est connecté au c8té refoulement de la pompe 104, tandis que le tuyau 111 est connecté à l'aspiration de la pompe 112. En conséquence, les deux dérivations 124 et 125 du tuyau 106 seront sous pression, tandis que les dérivations 130, 135, 134 et 131,133,135 seront soumises à l'aspiration de la pom-
11a pas leur connection au tuyau 111. En ouvrant les robinets
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126 et 127, et en fermant les robinets 136 et 137, les conduits 26 et 27 seront respectivement soumis à un tirage ascendant de liquide. Inversement, si les robinets 126 et 127 sont fermés, et les robinets ouverts, on provoque dans les conduits 27 et 26 respectivement, un tirage de liquide dirigé vers le bas.
Ces quatre robinets peuvent également être manipulés de telle sorte qu'un tirage ascendant de liquide soit créé dans l'un des conduits 26 et 27, tandis qu'un tirage descendant puisse être provoqué dans l'autre.
Lorsqu'un tirage descendant est créé dans l'un des cond ' u 26 et 27, le liquide se trouvant dans la zone associée à la série circulaire de poches convoyeuses alignées avec ce conduit, se trouvera influencé, de manière à présenter un poids spécifique artificiel plus bas. En d'autres termes, les particules pulvéri- sées suspendues dans le liquide dans cette zone seront empêchées de s'accumuler, de manière augmenter le poids spécifique et de le faire passer au-dessus de la valeur normale. De plus, le liquide dans la zone associée à la série circulaire de poches convoyeuses alignées avec le conduit au travers duquel un tirage descendant de liquide a lieu, s'écoulera vers le bas vers le conduit et tendra à entrainer les matériaux solides dans ladite série de poches de la roue convoyeuse.
Lorsqu'un tirage ascendant est créé dans l'un de ces conduits 26 et 27, le courant ascendant de liquide ainsi produit dans la zone associée à la rangée circulaire de poches convoyeuses alignée avec le conduit considéré, va faire retourner les parti- cules pulvérisées dans la zone et produira un poids spécifique artificielplus élevé que la valeur normale prévue au-dessus de cette zone. D'autre part, le tirage ascendant de liquide au tra- vers de cette zone d'alimentation de la roue convoyeuse, écartera les morceaux de poids spécifique plus faible de la rangée de po- ches convoyeuses qui passent dans cette zone.
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Les indications numériques figurant sur la figure 7, correspondent à un exemple particulier de mise en oeuvre de l'appareil décrit.
Il s'agit là d'un cas où l'on a utilisé l'appareil pour assurer la séparation de trois variétés de charbon. Le produit brut comprenait du charbon pur, des schistes libres sans valeur, et du charbon laminé ou combiné physiquement avec des schistes.
Le charbon pur flotte lorsqu'il est immergé dans un liquide d'un poids spécifique 1,40, et tout matériau restant plonge. En conséquence, le charbon pur sera séparé du déchet et du charbon physiquement combiné aux impuretés. Ce charbon impur sera classifié comme du mixte et séparé du déchet ou schistes.
Les trajectoires figurées dans le bac de lavage de la figure 7, sont associées à des indices indiquant les dimensions des morceaux pouvant aller de 2,5 à 12,5 cm, dimensions corres- pondant aux indications en pouces allant de 1" à 5". Les indices indiquent également les poids spécifiques pour les différents morceaux.
Lorsque du charbon brut est délivra à l'auge 34, et cana- lisé par le liquide séparateur, ce charbon se trouve plongé dans la zone A du bac. Le liquide dans cette zone est relativement tranquille et se trouve maintenu sensiblement à un poids spécifi- que de,40 ; dans ces conditions tout le charbon pur flottera, tandis que les morceaux ayant des poids spécifiques supérieurs à 1,40 commenceront à plonger. Le charbon flottant sera transporté au travers du bac par le courant de liquide séparateur pénétrant par l'ouverture 33 et s'échappant au-dessus du barrage 37 dans l'auge 39.
Le matériau séparé du charbon flottant, s'enfoncera dans la zone A dans le courant ascendant oblique produit par l'ouver- ture d'entrée 36.
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,,e courant en rofondeur effectuera une classification
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des matériaux plongeants en schistes et en mixtes, suivant les dimensions , la forme et les poids spécifiques. Cette classifi- cation est déterminée par la vitesse de plongée des différents morceaux et le déplacement horizontal provoqué par le courant ascendant. La lettre B désigne la zone de classification par- courue par le courant ascendant. Après la traversée de la zone B, les morceaux qui s'enfoncent continuent leur chemin dans l'une des deux zones 0 et D.
Les trajectoires indiquées montrent que les schistes tomberont dans la zone D, tandis que les mixtes tomberont dans la zone E. Le répartiteur réglable 77 qui a été omis de la figu- re 7, peut être réglé de façon à préciser la classification des schistes et des mixtes qui tombent respectivement dans les zones D et C.
Le courant ascendant traversant la zone B n'exerce pas de contrôle direct sur les morceaux de schistes ou de mixtes tombant à travers les zones B et C. Toutefois la zone B est indirectement affectée par l'action d'entraînement ou d'aspiration du courant ascendant, tandis que la zone C est indirectement affectée par la déflection vers le bas d'une partie du liquide du courant ascendant qui se heurte contre la paroi terminale 15 du bac.
L'action d'entraînement indirect produite dans la zone D a une tendance à retarder la plongée des solides dans cette zone et aide à la séparation des morceaux plus légers et de taille plus petite pour leur délivrance dans la zone C. La déviation vers le bas du liquide du courant oblique ascendant dans la zone C a ten- dance à dévier les morceaux plus légers vers le bas de cette zone.
Naturellement le déchet se déposera dans la zone D dans la rangée circulaire des poches convoyeuses qui sont alimentées par cette zone tandis que les mixtes seront délivrées à la rangée circulaire des poches convoyeuses qui sont associées à la zone C.
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- '&!)'!':!e11 peut être utilisé sans modifications pour #'' ut ,el'<:!'8t 1 ':'D deux produits.
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Si la matériau initial doit être séparé en deux produits de poids spécifiques différents, le liquide séparateur devra avoir un poids spécifique qui se situe entre le poids spécifique de deux produits désirés. En fermant le robinet 11c le matériau initial peut être séparé en produits flottants et en produits plongeants simplement par l'action du liquide séparateur. Le matériau flottant passera par dessus le déversoir Sultans l'auge 39 tandis que le matériau plongeant se déposera dans les poches de la roue convoyeuse.
L'invention n'est bien entendu pas limitée au mode de réalisation choisi et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple et qui pourra être adapté dans ses détails aux besoins de diverses installations particulières.