EP0038767A2

EP0038767A2 - Procédé et dispositif pour séparer par induction des particules de matériaux

Info

Publication number: EP0038767A2
Application number: EP81420059A
Authority: EP
Inventors: Michel Porte; Daniel Michalon
Original assignee: Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Current assignee: Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Priority date: 1980-04-22
Filing date: 1981-04-17
Publication date: 1981-10-28
Also published as: EP0038767A3; FR2480624B1; FR2480624A1

Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour séparer diverses particules de matériaux.

On expose les particules à trier à deux phénomènes différents, à savoir un phénomène mécanique tel que la pesanteur définissant une trajectoire de base 3, et un phénomène électrique tel qu'un champ magnétique glissant ou des forces de Laplace 4 engendrés par un inducteur 2 capable de faire dévier les particules de leur trajectoire de base.

Application: Séparation de particules de matériaux conducteurs magnétiques, conducteurs amagnétiques et/ou non conducteurs.

Description

La présente invention concerne un prodédé et un dispositif pour séparer diverses particules de matériaux.
L'invention vise plus particulièrement à la séparation de ces particules moyennant l'utilisation de certains phénomènes électriques connus pris séparément ou en combinaison, et tels que :

- courants de Foucault,
- force de Laplace,
- champ magnétique,
- loi de Lentz et Faraday (Neumann),
- induction,
- autres.

La présente invention a pour but de permettre l'extraction et la séparation de différents matériaux jusqu'alors difficilement récupérables par les moyens classiques de tri.
L'invention permet de séparer trois catégories de matériaux :

- les matériaux conducteurs magnétiques,
- les matériaux conducteurs amagnétiques,
- les matériaux non conducteurs.

L'invention a pour but de réaliser :

- Soit une séparation des différents matériaux dans les trois catégories spécifiques citées ci-dessus.
-Soit une séparation de divers types de matériaux dans une même catégorie, par exemple pour séparer l'aluminium du cuivre, ou pour séparer de l'acier amagnétique de tout autre métal amagnétique, le triage ayant lieu dans ce cas en fonction de la résistivité des métaux.
- Soit-une combinaison des deux fonctions précitées.

Un procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on expose les particules à trier à au moins deux phénomènes différents susceptibles d'agir indépendamment l'un de l'autre sur le déplacement des particules, à savoir :

- un phénomène mécanique définissant une trajectoire de base pour chaque particule ;
- un phénomène électrique, avec au moins un inducteur capable de faire dévier les particules de leur trajectoire de base.

Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, on utilise au moins un inducteur plan classique de moteur linéaire, ou tout autre inducteur plan permettant d'obtenir soit un champ magnétique glissant,, soit une force de Laplace.
Suivant une variante de l'invention, on utilise un inducteur cylindrique.
Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, on utilise, en tant que phénomène mécanique, les forces de gravité.
Suivant une variante de l'invention, on utilise, en tant que phénomène mécanique, les forces centrifuges.
Suivant une autre variante dé l'invention, on utilise en tant que phénomène mécanique, un système d'écoulement de fluide, tel qu'un courant d'air.
Suivant une autre variante de l'invention, on utilise en tant que phénomène mécanique, un système de transport tel qu'une bande transporteuse ou que des disques transporteurs.
Suivant une autre variante de l'invention, on utilise, en tant que phénomène mécanique, un système à impulsions tel qu'un système de projection par ressort ou qu'un système à explosion.
Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'action de déplacement induite par le phénomène électrique a lieu transversalement par rapport à la trajectoire de base définie par le phénomène mécanique.
Suivant une variante de l'invention, l'action de déplacement induite par le phénomène électrique se tr6duit par une accélération plus ou moins intense des particules à trier le long de leur trajectoire de base.
Suivant une autre variante de l'invention, l'action de déplacement induite par le phénomène électrique se traduit par un freinage plus ou moins intense dès particules à trier le long de leur trajectoire de base.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention.

- Figure 1 est une vue latérale d'une installation pour la mise en oeuvre d'un prodédé suivant l'invention.
- Figure 2 est une vue de face de l'inducteur de cette installation.
- Figures 3 à 5 sont des vues en perspective montrant divers types d'installations pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, avec des inducteurs plans.
- Figures 6 à 8 sont des vues latérales d'installations à inducteurs plans pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
- Figure 9 est une vue en perspective d'une installation à inducteur cylindrique pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
-Figure 10 est une sectionX-X ('fig 9).
- Figure 11 est une vue en perspective d'un autre type d'installation à inducteur cylindrique.
- Figure 12 est une vue en perspective d'une installation à inducteur plan et à bandes transporteuses pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
- Figure 13 est une section XIII-XIII(fig 12).
- Figure 14 est une vue en perspective d'une installation à inducteur plan et à disques transporteurs.
- Figure 15 est une section XV-XV (fig 14).
- Figure 16 est une vue en perspective d'une installation à inducteur plan, à bande transporteuse, et à disque transporteur.
- Figure 17 est une vue en perspective d'une installation à inducteur plan.
- Figure 18 est une variante pour la construction des fig. 12 et 13.
- Figure 19 est une autre variante de cette même construction.
- Figure 20 illustre en plan un dispositif d'alimentation améliorant les performances du triage dans les diverses variantes de l'invention.
- Figure 21 montre en plan une variante de la figure 20.

On a représenté sur les dessins différentes installations pouvant êtr.e utilisées pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, qui consiste à faire agir sur des particules à trier deux phénomènes différents, à savoir :

- un phénomène mécanique capable de définir une trajectoire de base à chaque particule ;
- un phénomène électrique, comprenant au moins un inducteur capable de faire dévier les particules de leur trajectoire de base.

Pour cela on peut utiliser :

- Soit un inducteur plan 1 classique (fig 3), tel qu'un inducteur de moteur linéaire alimenté en courant polyphasé ou monophasé avec déphasage par condensateur. On peut réaliser le déphasage de manière à se placer près de la résonance du circuit, ce qui permet d'obtenir des impulsions plus importantes de flux.
- Soit tout autre inducteur plan, dont l'enroulement sera effectué de façon à créer un champ glissant, ou une force de Laplace dirigée dans une direction pri -. vilégiée et intéressante pour le triage souhaité. Il peut ainsi s'agir d'une bobine en spirale 2 (fig let 2) permettant une répulsion des matériaux conducteurs amagnétiques.
- Soit des aimants permanents mobiles. Dans les deux premiers cas, on peut placer deux inducteurs en vis-à-vis (fig 5) pour améliorer l'efficacité du tri, et le rendement.

L'inducteur pourra être :

- cylindrique, éventuellement en forme de cylindre creux, ou sous forme de plusieurs cylindres concentriques,
- en portion de cylindre,
- en forme de couronne, conique, tronconique, ou d'une toute autre forme géométrique.

Le bobinage pourra être axial ou circonférentiel.
L'inducteur se caractérise en outre par :

- le fait qu'il puisse être adapté à la granulométrie des matériaux à trier ;
- le fait qu'il pourra être refroidi par eau ou par air, ou par tout autre moyen, le système pouvant comporter une régulation automatique en température ;
- le fait qu'on pourra placer en face de lui une culasse de retour de flux.

En tant que phénomène mécanique définissant une trajectoire de base, on peut utiliser :

- les forces de gravité ;
- les forces centrifuges ;
- un système d'écoulement de fluide, tel qu'un courant d'air, qu'un système à air comprimé, ou à tout autre fluide approprié ;
- un système de transport tel qu'une bande transporteuse ou que des disques transporteurs ;
- un système à impulsions tel qu'un système de projection par ressort, par explosion, ou autre.

La trajectoire de base peut présenter diverses orientations. Elle peut être verticale, par exemple (fig 1) si on utilise la pesanteur terrestre, ou horizontale (fig 3) , si on utilise ùn courant d'air.
Les matériaux à trier peuvent passer soit devant un seul inducteur (fig 1 à 4), soit entre deux inducteurs (fig 5).
La déviation de trajectoire obtenue à partir du phénomène électrique peut être perpendiculaire ou tangentielle à la trajectoire de base 3, ou avoir une toute autre direction par rapport au plan de l'inducteur ou des inducteurs.
Dans le cas de la figure 1, la trajectoire de base 3 est donc verticale tandis que les forces de Laplàce 4 engendrées par l'inducteur 2 pourvu d'une bobine en spirale 5 sont horizontales.
Dans le cas des figures 3 à 5, un jet d'air comprimé 6 définit une trajectoire de base horizontale 7 tandis que les inducteurs engendrent des forces verticales 8.
Dans le cas des figures 6 à 11, un inducteur plan ou cylindrique engendre un champ glissant qui freine ou qui accélère les particules.
Asnsi, avec une trajectoire de base montante et verticale 9 (fig 6), un inducteur plan vertical établit un champ glissant qui engendre une force descendante 10 capable de freiner les particules. Certaines d'entre elles font alors demi-tour (trajectoire 9a), tandis que d'autres franchissent le cap de l'inducteur (trajectoire 9b). Une action extérieure schématisée par une flèche 11, et constituée par un courant d'air ou un obstacle, font dévier ces dernières de leur trajectoire verticale, pour permettre leur récupération.
Avec une trajectoire de base horizontale 12 (fig 7) établie à l'aide d'un jet d'air disposé au-dessus du niveau d'un inducteur plan horizontal 13, on peut utiliser l'accélération 14 engendrée par le champ glissant de l'inducteur de façon à définir différentes zones de chute des particules. Dans ces différentes zones de chute, on place des récipients tels que_'15, 16 et 17 recueillants par exemple, respectivement, les matériaux.non conducteurs, les matériaux peu conducteurs, et les matériaux très conducteurs.
Le même principe est utilisé pour la réalisation de la figure 8, la trajectoire de base étant cette fois définie par une bande transporteuse horizontale 18 au-dessus de laquelle est disposé l'inducteur 19 engendrant une accélération 20 de direction tangentielle.
Suivant les figures 9 et 10, un inducteur cylindrique 20 dans lequel s'établit un champ tournant engendrant des forces circulaires 21 renferme une rampe héli- coidale 22. L'axe de l'inducteur étant orienté verticalement, les particules introduites suivant la flèche 23 au poste d'alimentation supérieur de l'inducteur te'ndent, par gravité, à être progressivement accélérées le long d'une trajectoire en hélice. Les forces 21 confèrent donQ aux particules une accélération supplémentaire plus ou moins intense en fonction de leur nature, et les particules finalement éjectées avec plus ou moins de vitesse à la sortie inférieure de l'inducteur sont récupérées en plusieurs points de chute tels que 24, 25 et 26.
Suivant la figure 11, on utilise toujours un inducteur cylindrique à axe vertical et à rampe hélicoïdale, mais le poste d'alimentation 27 est placé cette fois à une altitude intermédiaire de la rampe, tandis que les forces circulaires 28 engendrées par le champ tournant s'exercent sur les particules dans le sens qui correspond à la montée des particules le long de la rampe. Dans ce cas, les produits conducteurs remontent la rampe et sont éjectés.. par la sortie_'supérieure 29, tandis que les produits nbn conducteurs sont récupérés à la sortie inférieure 30.
L'effet de l'inducteur peut donc permettre à certaines particules de vaincre divers phénomènes tels que l'attraction terrestre, le frottement sur une surface donnée (ici, le frottement contre la rampe), et autres.
Suivant les figures 12 et 13, on utilise deux bandes transporteuses orthogonales superposées 31 et 32, et un inducteur plan 33 qui, placé au-dessus du brin inférieur de la bande supérieure 32, engendre un champ glissant 34 à contre-courant du déplacement dudit brin inférieur de la bande 32. Le poste d'alimentation 35 est situé à l'extrémité amont de la bande inférieure 31, et on recueille :

- les matériaux conducteurs magnétiques à l'extrémité aval 36 de la bande supérieure 32 ;
- les matériaux conducteurs amagnétiques à l'extrémité amont 37 de la bande supérieure 32 ;
- les matériaux non conducteurs à l'extrémité aval 38 de la bande inférieure 31.

Suivant une autre variante illustrée sur les figures 14 et 15, on utilise d'une part un disque transporteur inférieur à.axe vertical 39, et d'autre part un disque transporteur supérieur à axe vertical 40 tournant tous les deux dans le même sens et se recouvrant en partie. Dans la zone de recouvrement, le disque supérieur 40 est surmonté par un inducteur plan 41, tandis que le disque inférieur 39 comporte en amont de la zone de recouvrement, un poste d'alimentation 42 et, en aval de la zone de recouvrement, une glissière d'évacuation 43.
Dans ce cas, on recueille :

- les matériaux non conducteurs au niveau de la glissière 43 ;
- les matériaux conducteurs amagnétiques dans un réceptacle 44 situé, sous le disque supérieur 40, immédiatement en aval de la zone de recouvrement ;
- les matériaux conducteurs magnétiques, dans un réceptacle 45 situé, sous le disque supérieur 40, en aval du réceptacle 44.

Pour cela, le champ glissant 46 de l'inducteur plan horizontal 41 se dirige, globalement, vers l'axe du disque 40, et à l'opposé de l'axe du disque 39.
Suivant une autre variante illustrée sur la figure 16, on utilise d'une part une bande transporteuse inférieure 47 et d'autre part un disque transporteur supérieur à axe vertical 48 constamment en rotation et recouvrant en partie la bande transporteuse 47. Dans la zone de recouvrement, le disque supérieur 48 est surmonté par un inducteur plan horizontal 49 qui engendre un champ glissant 50 dirigé transversalement à la bande transporteuse 46 et en direction de l'axe du disque 48.
Dans ce cas, on recueille :

- les matériaux conducteurs magnétiques du côté de la bande situé à l'opposé de l'axe du disque 48 .
- les matériaux conducteurs amagnétiques du côté de la bande situé à proximité de l'axe du disque 48 ;
- les matériaux non conducteurs, en aval de la bande transporteuse 47.

Suivant une variante illustrée sur la figure 17, on utilise la propriété suivant :

- un corps cylindrique 51 couché sur un inducteur plan 52 se- déplace en sens contraire du flux glissant 53 ;
- le même corps placé sur sa base transversale se déplace dans le sens du champ glissant.

Cette dernière disposition permet de sélectionner des formes, ou de faire un tri sélectif de pièces cylindriques mal positionnées.
Suivant d'autres variantes non représentées sur les dessins, l'inducteur peut être placé

- sur un lit fluidisé ;
- dans un système de pot vibrant.

Les applications privilégiées du procédé suivant l'invention sont notamment les suivantes :

- Séparation des bouchons, des capsules en aluminium, en fer, en matière plastique ;
- séparation des pièces de monnaie en aluminium, en argent, en or, en cuivre, magnétiques ;
- séparation du cuivre, de la matière plastique (chlorure de polyvinyle), de l'aluminium, des fils él_ec-triques broyés ;
- extraction des matériaux conducteurs magnétiques ou amagnétiques du compost d'ordures.;
- extraction des minerais conducteurs ;
séséparation, dans une chaîne de fabrication, de pièces non conductrices de pièces conductrices amagnétiques ;
- extraction des capsules en laiton ou en plomb des bouteilles en verre brisées ;
- par extension, toute séparation de matériaux amagnétiques conducteurs entre eux, ou toute séparation de matériaux conducteurs magnétiques, de matériaux conducteurs amagnétiques et/ou de matériaux non conducteurs.

Selon une autre variante, l'invention utilise la différence de coefficients de frottement pouvant exister entre différents matériaux à trier et le support sur lequel ils sont amenés à se mouvoir. Dans ce cas, le système inducteur met en mouvement les particules, et ces dernières sont plus ou moins freinées, selon leur coefficient de frottement par rapport à la bande transporteuse ou à tout autre support.
Une autre variante de la construction illustrée sur les figures 12 et 13, consiste à placer l'inducteur 60 (fig 18) sous le brin supérieur d'une bande transporteuse principale 61, recevant des produits en.vrac 70. Cette bande 61 comporte des reliefs, et notamment des reliefs transversaux 62 (tasseaux, bavettes, etc...). Ceux-ci permettent l'entraînement des matériaux magnétiques 63 que l'inducteur 60 tend à arrêter comme un aimant. Ces matériaux magnétiques 63 sortent en aval de la bande principale 61, et ce avec les matériaux non conducteurs 64. Les matériaux conducteurs amagnétiques 69 sont éjectés perpendiculairement à la direction d'avancement 65 de la bande 61, et ceci au niveau de l'inducteur linéaire 60.
Les matériaux magnétiques 63 et non conducteurs 64, recueillis à l'aval de la-bande 61, après un tambour magnétique 80 peuvent être triés par tout moyen connu, par exemple à l'aide d'un aimant ou d'un électro-aimant.
Sur la figure 19, on a représenté une autre variante où la bande inférieure est remplacée par un lit fluidisé 66 ou par un support vibrant (non dessiné), afin de limiter les efforts de frottement des particules sur les surfaces. Le lit fluidisé 66 est constitué par un ensemble de particules, billes ou analogues, maintenues en suspension dans un bac 67 par une soufflerie d'air 79. Il peut s'agir par exemple de billes métalliques, si bien que les particules à trier flottent sans frottement à la surface du lit fluidisé 66.
La bande 61 à reliefs 62 circule dans le sens indiqué par la flèche 65, et l'inducteur 60 crée un champ 81 au-dessus du brin,inférieur 68 de la bande 61. Les particules à trier sont fluidisées sur le lit 66. A l'amont de la bande 61, on recueille les particules amagnétiques conductrices 69. A l'aval, on recueille les particules magnétiques conductrices 63.
Le diffuseur ou lit fluidisé 66 peut être horizontal ou incliné.
Dans la plupart des dispositifs précités, on peut améliorer l'efficacité du triage en assurant l'alimentation en particules mélangées, à partir d'un système du genre illustré sur les figures 20 et 21.
Dans le cas de la figure 20, les particules en vrac 70 sont stockées dans une trémie d'alimentation 71 munie d'une embouchure vibrante 72, orientée perpendiculairement à une bande transporteuse 73 sur laquelle elle déverse les particules 70. Ces dernières se trouvent disposées en file, du fait de l'avancement de la bande 73 (flèche 74). Les particules 70 sont ainsi acheminées une à une vers la zone de triage 75 qui peut comporter tout dispositif du genre décrit ci-dessus.
Dans la variante de la figure 21, on améliore encore la mise en file des particules 70. La trémie vibrante 71-72 déverse sur la bande 73 qui avance à une vitesse Vx. Cette bande déverse sur une deuxième bande 76 qui lui est sensi- blément perpenciculaire et avance à une vitesse V2. On déverse ensuite perpendiculairement sur une troisième bande 77 avançant à la vitesse V3, puis sur une quatrième bande 78 avançant à la vitesse V4.
On veille à ce que V1 < V2 < V3 V4, Ainsi sur la bande 78, les particules 70 arrivent très séparées les unes des autres à la zone de triage 75.

Claims

1. Procédé pour effectuer la séparation de trois catégories de matériaux, magnétiques conducteurs, amagnétiques conducteurs, et non conducteurs, faisant appel à un seul dispositif ou machine, caractérisé en ce qu'on expose les particules à trier à au moins deux phénomènes différents susceptibles d'agir indépendamment l'un de l'autre sur le déplacement des particules, à savoir :

- un phénomène mécanique définissant une trajectoire de base telle que (3) ou (7) pour chaque particule (forces de gravité, écoulement fluide, bande transporteuse)

- un phénomène électrique, avec au moins un inducteur tel que (1) ou (2) capable de faire dévier les particules de leur trajectoire de base (inducteur de moteur linéaire, inducteur cylindrique à champ tournant, etc.), et en ce qu'on utilise l'action plus ou moins importante de ces phénomènes pour trier les particules en au moins trois catégories.

2_. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise, en tant que phénomène mécanique, un système à impulsions tel qu'un système de projection par ressort ou un système à explosion.

3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un inducteur cylindrique creux (20) à l'intérieur duquel est installée une rampe hélicoïdale (22).

4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux bandes transporteuses orthogonales superposéés (31), (32) ainsi qu'un inducteur plan (33) qui, placé au-dessus du brin inférieur de la bande supérieure (32) dans la zone de recouvrement des deux bandes, engendre un champ glissant dirigé à contre-courant du déplacement dudit brin inférieur de la bande supérieure.

5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un disque transporteur inférieur (39) à axe vertical et un disque transporteur supérieur (40 ) à axe vertical, tournant tous les deux dans le même sens et se recouvrant en partie, ainsi qu'un inducteur plan (41) qui, placé au-dessus du disque supérieur (40) dans la zone de recouvrement des deux disques, engendre un champ glissant (46) dirigé globalement vers l'axe du disque transporteur supérieur (40), et à l'opposé de l'axe du disque transporteur inférieur (39).

6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une bande transporteuse inférieure (47) et d'autre part un disque transporteur tournant supérieur (48) à axe vertical recouvrant en partie la bande transporteuse (47) ainsi qu'un inducteur plan (49) qui, placé au dessus du disque (48) dans la zone de recouvrement engendre un champ glissant (50) dirigé globalement transversalement à la bande transporteuse (47), et en direction de l'axe du disque (48).

7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise en tant que phénomène mécanique, la différence de coefficients de frottement pouvant exister entre différents matériaux à trier et le support sur lequel ils sont amenés à se mouvoir, le système inducteur mettant en mouvement les particules qui sont plus ou moins freinées selon leur coefficient de frottement par rapport à une bande transporteuse ou à tout autre support sur lequel elles se trouvent.

8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un inducteur (60) logé sous le brin supérieur d'une bande transporteuse principale (61) munie de reliefs (62) qui permet- tenttl'entrainement des matériaux magnétiques.

9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6 -et 8, caractérisé en ce qu'il compose un lit fluidisé (66) ou un support vibrant pour recevoir les particules à trier, tandis qu'une bande transporteuse (61) à reliefs (62) est placée au-dessus avec un inducteur (60) entre ses deux brins.

10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3à 6 et 8, 9, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'alimentation dont la trémie (71) possède une embouchure vibrante (71) déversant les particules à trier (70) une à une sur une bande transporteuse d'alimentation (73).

11. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bande (73) avançant à une vitesse V1 déverse les particules (70) sur une deuxième bande (76) qui avance à une vitesse V2 dans une direction sensiblement perpendiculaire, et déverse à son tour les particules (70) sur une troisième bande (77) qui la croise et avance à une vitesse V3 pour déverser enfin les particules (70) sur une quatrième bande transversale d'alimentation (78) avançant à une vitesse V4 ; ces vitesses ayant des valeurs relatives définies par la relation :