Procédé de séparation de particules solides par électrophorèse à partir d'un liquide isolant dans lequel ces particules sont en suspension
et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé de séparation de particules solides par électrophorèse à partir d'un liquide isolant dans lequel ces particules sont en suspension, ce liquide présentant une résistivité électrique suffisamment élevée pour maintenir sur les particules leur charge superficielle. Elle a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on applique au liquide un champ électrique d'une grandeur telle que les particules se déplacent dans le champ dans le sens imposé par leur charge superficielle sans ionisation du liquide, en présence d'une substance modificatrice de la charge propre des particules dans ledit liquide.
Les substances qui modifient la charge superficielle propre aux particules, peuvent tre des colorants, des résines, des huiles, des cires, des gommes, etc.
Les fig. 1 à 7 du dessin annexé se rapportent à sept mises en ceuvre du procédé selon l'invention.
Dans la forme d'exécution à laquelle se réfère la fig. 1, le procédé vise à séparer des particules solides 1 et 2 les unes des autres. Ces particules sont en suspension dans un liquide isolant 3 qui peut tre un liquide simple ou un mélange de liquides présentant une forte résistivité. La dispersion liquide se trouve dans un récipient isolant 4. On applique alors aux particules 1 et 2 au moins une substance modificatrice de charge qui donne des polarités opposées aux particules 1 et 2. Cette substance modificatrice est dispersée dans le liquide 3.
Des électrodes 5 et 6 constituées par des plateaux conducteurs, sont immergées dans le fluide de dispersion à une distance l'une de l'autre dépendant du voltage qui sera appliqué entre elles qui, en aucun cas, n'est supérieur à celui pour lequel une ionisation ou un arc notable se produit. On peut utiliser un voltage compris entre 500 et 100 000 volts.
Par exemple, si le liquide utilisé est du tétrachlorure de carbone et le voltage de 15 000 volts, la distance entre les électrodes est de 2,5 cm. Quand le voltage est appliqué entre les électrodes, les particules 1 sont repoussées par l'électrode 5 si elles possèdent des charges de mme polarité que cette électrode. Ces particules se déplacent à travers la cellule dans le liquide 3 et se déposent, adhèrent ou se concentrent autour de l'électrode 6. Des dépôts très épais peuvent se faire sur l'électrode 6 et se maintenir si le champ est lui-mme maintenu quand l'électrode est retirée de la cellule. De mme, les particules 2; possédant une charge de polarité opposée à celle des particules 1, sont repoussées par l'électrode 6 et se déplacent à travers la cellule vers l'électrode 5. Elles se déposent sur cette électrode, y adhèrent ou se concentrent dans son voisinage.
Ici également, des dépôts épais ou de fortes concentrations peuvent se produire.
Dans la forme d'exécution représentée du procédé à laquelle se réfère la fig. 2, l'appareil uti- lisé comprend en outre une troisième électrode 9 disposée entre les deux électrodes fixes 5 et 6, l'électrode 9 étant mise à la terre à travers une résistance. Cette électrode 9 est amovible et peut tre formée d'une feuille de papier, de métal ou d'un tissu. Elle est destinée à recevoir sur un côté un revtement 7 formé des particules 1 et, sur l'autre côté, un revtement 8 formé des particules 2, quand un champ électrique est créé entre les électrodes 5 et 6. L'électrode 9 peut présenter un épais dépôt sur ses deux côtés, qui peut se maintenir si le champ électrique est maintenu pendant le retrait de l'électrode 9.
Dans la forme d'exécution du procédé à laquelle se réfère la fig. 3, le récipient 4 et l'électrode 5 constituent une seule et mme pièce, en forme de cuvette métallique. L'électrode 6 est un disque plat.
Par application du champ électrique, un dépôt se produit en mme temps que les particules 1 et 2, auxquelles au moins une substance modificatrice de charge a été appliquée, se séparent, les particules 1 se déposant ou se concentrant autour de l'électrode 6 pour former un revtement 7, tandis que les particules 2 se déposent sur le fond du récipient pour former un revtement 8.
Dans la forme d'exécution du procédé à laquelle se réfère la fig. 4, l'électrode 6 est sous forme d'un récipient creux immergé dans le liquide 3. Quand une tension est appliquée entre les électrodes, et qu'une substance modificatrice de charge est introduite dans le liquide, les particules 1 sont repoussées par l'électrode 5, par le fait qu'elles possèdent des charges de mme polarité que cette électrode et sont attirées à travers Ia cellule vers l'électrode 6 et se déposent ou se concentrent autour du récipient creux formant l'électrode 6 d'où elles peuvent tre retirées.
La forme d'exécution du procédé à laquelle se réfère la fig. 5 est identique à la précédente, sauf que l'électrode 5 se présente également sous forme d'un récipient creux. Les particules 1 se concentrent dans le récipient formé par l'électrode 6 et les particules 2 dans le récipient formé par l'électrode 5.
La fig. 6 concerne une forme d'exécution du procédé dans laquelle les particules 1 et 2 se séparent continuellement et se déposent indépendamment. Un mélange de particules en suspension dans le liquide isolant est introduit dans le récipient 4 par un tuyau d'entrée 12, ces particules prenant des polarités opposées sous l'effet d'au moins une substance modificatrice de charge ajoutée au liquide.
Une tension est appliquée entre les électrodes 5 et 6.
L'appareil utilisé comprend plusieurs électrodes constituées par des rouleaux 14 et 18, les électrodes ordinaires 5 et 6 étant disposées au fond du récipient 4. I1 faut remarquer que les électrodes au fond du récipient peuvent ne pas tre nécessaires dans certains cas. Une bande sans fin est constituée par un tissu 24 passant sur l'électrode 14 et sur des rouleaux mobiles 15, 16 et 17. Le tissu 24 reçoit un revtement 7 constitué par les particules 1, ce revtement étant entraîné, dans le sens anti-horaire en regardant la figure, jusque dans une zone 22 où il est éliminé par un racloir. De mme, un tissu 25 est porté par l'électrode 18 et par des rouleaux mobiles 19, 20 et 21 et forme une bande sans fin.
Le tissu 25 reçoit un revtement 8 formé des particules 2, le revtement étant entraîné, dans le sens horaire en regardant la figure, jusque dans une zone 23 où il est éliminé par un racloir. On voit que le liquide 3 peut tre utilisé indéfiniment, le bain étant régénéré par l'entrée de la dispersion liquide à travers le tuyau 12 et par l'élimination du liquide appauvri à travers un tuyau de sortie 13.
La fig. 7 se réfère à une forme d'exécution du procédé applicable principalement à la séparation d'un pigment d'une peinture en vue d'une analyse.
Dans ce cas, il peut tre nécessaire de diluer la peinture avec un solvant ou un dilutif avant la séparation. Le récipient 4 comprend une enveloppe isolante renfermant un second récipient conducteur 26 qui constitue une électrode et un tube central 27 constituant l'autre électrode. La dispersion liquide 3 passe à travers une entrée 29 dans un tube de circulation 28 et traverse le récipient 4 qui présente des tampons à ses extrémités, cette dispersion contenant des substances modificatrices de charge donnant des polarités opposées aux particules. Un champ électrique est maintenu entre les électrodes 26 et 27, et les particules 1 et 2 se déposent sur l'électrode appropriée. L'électrode 27 étant un tube, il est avantageux de décharger le dépôt sous forme d'une boue à travers une sortie 30. Si l'électrode 27 était pleine, il serait nécessaire, par intervalles, de retirer le dépôt.
On peut remarquer que dans cette dernière forme d'exécution, le procédé permet non seulement la séparation d'un pigment d'une peinture, mais qu'il permet aussi, en fait, une séparation des pigments les uns des autres par dépôt sur les électrodes respectives.
Avec tous les appareils décrits et représentés aux fig. 1 à 7, il n'est pas nécessaire de limiter le procédé à l'emploi d'une seule paire d'électrodes, mais plusieurs paires peuvent tre utilisées pour augmenter l'effet.
I1 n'est pas nécessaire non plus de se limiter à une forme particulière d'électrodes. I1 est possible d'utiliser avec des effets accessoires divers mais toujours selon le mme principe, diverses formes d'électrodes, par exemple des électrodes pleines, des électrodes perforées, des tiges, des grilles, des électrodes lamelleuses, etc.
Le liquide 3 peut tre choisi parmi plusieurs liquides ou mélanges de liquides. En outre, on peut effectuer des traitements ultérieurs pour intensifier la séparation, et ces séparations subséquentes peuvent se faire avec d'autres liquides pour donner une charge différente aux particules.
On donne ci-après quelques exemples de suspensions susceptibles d'tre traitées selon le procédé décrit.
Exemple 1
On désire séparer les poudres d'un mélange comprenant 70 % de pigment rouge monolithe et 30 /o d'oxyde de magnésium. On disperse 100 g de ce mélange par broyage dans 50 g d'huile de lin qui modifie la charge propre des particules. On disperse ensuite la pâte ainsi obtenue par broyage de 150 g de cette pâte dans 15 kg de tétrachlorure de carbone. La dispersion résultante est placée dans un récipient isolant et des électrodes plates sont immergées dans la dispersion à une distance de 51 mm l'une de l'autre. Une différence de potentiel de 20 000 volts est appliquée aux électrodes.
Sous l'influence du champ électrique, le pigment rouge monolithe migre vers l'électrode négative et l'oxyde de magnésium vers l'électrode positive et on obtient une séparation à 900/0 au bout de 2 minutes. On retire alors les électrodes du récipient sans supprimer la tension entre elles afin d'éviter que les substances tombent des électrodes respectives. Après déconnexion de la source de tension, les électrodes sont débarrassées de leur poudre et placées à nouveau dans le récipient pour en éliminer les poudres qui peuvent s'y trouver encore. Le courant dans le récipient est normalement inférieur à 0,5 microampère et indique un dépôt efficace.
Exemple 2
On veut séparer les deux composants d'un mélange contenant 60 O/o de séléniure de cadmium et 40 0/o de waxoline nigrosine. Le mélange est broyé dans un mélange comprenant 50 /o d'une alkyde résine étendue, par exemple la résine Rhodene Pu2/100 (nom déposé) et 50 % d'huile de tournesol, ces deux substances modifiant la charge propre des particules. On utilise de préférence cinq parties du mélange de poudres pour une partie du mélange liquide. La pâte ainsi formée est dispersée par broyage dans un liquide isolant tel que le cyclohexane, à raison d'une partie de pâte pour dix parties de liquide, en volume.
La dispersion résultante est placée dans un récipient isolant et mise en contact avec les électrodes représentées à la fig. 5 qui constituent des récipients creux dans lesquels le séléniure de cadmium et la waxoline nigrosine se concentrent par l'application d'un champ électrique de 4000 volts/cm, le séléniure de cadmium migrant vers l'électrode positive et le pigment organique vers l'électrode négative. Après retrait des composants séparés, l'huile retenue par les pigments est éliminée par lavage de chacun des pigments dans un solvant de cette huile, par exemple l'acétate de butyle. Les composants séparés sont filtrés et séchés individuellement.
Exemple 3
On désire séparer le sulfure d'antimoine et le fluorure de calcium d'un mélange de révélateurs électrophotographiques. Ce mélange est d'abord broyé avec une solution de cire d'abeille dans du tétrachlorure de carbone, la cire modifiant la charge propre des particules. Le mélange peut contenir de
10 à 50 O/o de sulfure d'antimoine et de 50 à 90 /o de fluorure de calcium, la solution de cire d'abeille contenant 10 parties de cire dans 100 parties de tétrachlorure de carbone. La poudre est broyée dans un broyeur à billes avec la solution de cire pour former une pâte qui est dispersée ensuite en la broyant dans du tétrachlorure de carbone à rai-son d'une partie de pâte dans cent parties de tétrachlorure.
La dispersion résultante est placée dans l'appareil représenté à la fig. 7 comprenant un récipient isolant revtu d'une garniture conductrice et comportant une électrode centrale en forme de tige. La dispersion liquide passe à travers l'appareil et un champ électrique de 4000 volts/cm est maintenu entre la tige centrale et la garniture. Le sulfure d'antimoine et le fluorure de calcium se séparent en 30 secondes environ et se déposent sur les électrodes d'où ils peuvent tre retirés ensuite.
On peut séparer de cette façon les pigments d'une peinture en diluant cette dernière dans la proportion d'une partie dans cent parties de tétrachlorure de carbone, ce dernier pouvant tre récupéré et utilisé à nouveau.
Exemple 4
On procède comme décrit dans l'exemple 1, un jaune monolithe remplaçant le rouge monolithe et l'huile de carthame remplaçant l'huile de lin.
Exemple S
On procède comme décrit dans l'exemple 1, l'oxyde de magnésium étant remplacé par le sulfure de sodium, le dichromate de potassium ou le sulfure de cadmium.
Exemple 6
On procède comme décrit dans l'exemple 1 en remplaçant l'oxyde de magnésium par une fibre de coton ou une fibre d'amiante.
Exemple 7
On procède comme décrit dans l'exemple 3 en remplaçant la cire d'abeille par une gomme-résine naturelle.
Exemple 8
On procède comme décrit dans l'exemple 3 en remplaçant le fluorure de calcium par le carbonate de calcium, le soufre, le talc, l'hydroxyde de lithium ou la sciure de bois.