PROCÉDÉ ET APPAREIL POUR LA CONCENTRATION DE MATIÈRES À L'ÉTAT DE PARTICULES SOLIDES

Description

Domaine de l'invention

[0001] L'invention se rapporte à la concentration de matières à l'état de particules solides, comprenant plusieurs constituants organiques et/ou inorganiques de masses volumiques différentes.

[0002] L'invention concerne plus particulièrement un procédé perfectionné pour la concentration densimétrique d'ultrafines particules de telles matières, selon le principe du setzage ou jiggage dans une chambre de centrifugation, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé perfectionné.

Etat de la technique

[0003] Le setzage ou jiggage est une technique bien connue pour la concentration de matières solides comprenant des substances de densités ou masses volumiques différentes [par exemple un minerai libéré de ses constituants (naturellement pour les gisements alluvionnaires et éluvionnaires ou après broyage), l'assainissement d'une terre polluée de plombs de chasse, ou tout autre mélange de matières différentes].

[0004] Le jiggage fait intervenir plusieurs principes physiques pour permettre la ségrégation des particules en fonction de leur densité en évitant le phénomène d'équivalence qui se produit lors de la chute libre de ces particules où une particule légère et grosse présente la même vitesse de sédimentation qu'une particule lourde et fine.

[0005] Ces principes physiques sont les suivants :

○ le déplacement des particules lors d'une courte accélération n'est fonction que de la densité des particules ;

○ la vitesse libre de sédimentation favorise la sédimentation des particules les plus grosses ;

○ la sédimentation entravée (les particules se gênent et s'entrechoquent mutuellement pendant la sédimentation) favorise la sédimentation des particules les plus fines. Ce phénomène se passe surtout en fin de sédimentation. Il a tendance à compenser le second qui favorise les grosses particules.

[0006] Les techniques du setzage ou jiggage se répartissent en deux grandes familles : les techniques du jiggage sous l'action de la pesanteur et les techniques du jiggage par centrifugation. Les techniques utilisant l'action de la pesanteur exploitent généralement deux moteurs de ségrégation dont l'un exploite le premier principe physique énoncé plus haut et dont l'autre exploite les deux autres principes physiques. Mais, dès que la granulométrie diminue, la surface spécifique augmente et les forces surfaciques (traînée) deviennent prépondérantes vis-à-vis des forces volumiques (poids) qui sont en compétition dans le phénomène de jiggage. Une manière de résoudre ce problème est de centrifuger la matière pour augmenter les forces volumiques. Les techniques de jiggage par centrifugation exploitent rarement le premier moteur de ségrégation, car les moyens habituellement utilisés pour soumettre les particules solides à de courtes accélérations ne donnent généralement pas satisfaction et entravent le bon fonctionnement du jigg. Dans le document WO-90/00090, on décrit un appareil de jiggage par centrifugation, dans lequel on exploite les deux moteurs de ségrégation. A cet effet, dans cet appareil connu, on soumet une pulpe d'une matière particulaire à concentrer, à une centrifugation dans une chambre cylindrique dont la paroi périphérique comprend une grille recouverte d'un lit filtrant et, pendant la centrifugation, on soumet le lit filtrant à des déplacements centripètes pulsés qui ont pour effet de soumettre la pulpe dans la chambre à des forces ponctuelles centripètes. L'action combinée de ces forces centripètes ponctuelles et de la force centrifuge permanente sur la pulpe engendre progressivement une stratification radiale des particules de la matière dans la chambre de centrifugation, en fonction de leurs masses volumiques respectives, cette stratification étant sensiblement indépendante des dimensions des particules ou peu influencée par celle-ci. Les particules denses se rassemblent dans une zone périphérique de la pulpe et les particules moins denses se concentrent dans une zone centrale de celle-ci. Dans l'appareil du document WO-90/00090, une série de cavités à paroi souple, alimentées avec de l'eau, entourent la grille précitée de la chambre. La chambre, sa grille et les cavités sont entraînées à grande vitesse pour centrifuger la pulpe et on soumet la paroi souple des cavités à des déplacements selon une fréquence définie, pour projeter l'eau qu'elles contiennent à travers la grille et soumettre le lit filtrant aux pulsations centripètes. Dans cette appareil connu, la pulsation imprimée à la pulpe est induite par un effet mécanique, ce qui a pour résultat désavantageux de limiter la fréquence des pulsations à cause de problèmes d'inertie mécanique. Hors, une fréquence très élevée est nécessaire pour provoquer les très courtes accélérations nécessaires à la ségrégation de très fines particules. Ces accélérations doivent être d'autant plus courtes que les particules sont fines. En effet, plus elles sont fines, plus la surface spécifique est grande, plus la traînées est grande. Dans ces conditions, la durée de l'accélération durant laquelle on peut négliger l'effet de traînée est très courte. Donc, plus la fréquence des accélérations successives est grande, plus l'influence de la traînée est faible.

[0007] L'appareil connu du document WO-90/00090 présente le désavantage supplémentaire d'être de construction compliquée. En particulier, la réalisation de son étanchéité pose de sérieuses difficultés. En outre, la nécessité d'un lit filtrant sur la grille de la centrifugeuse constitue une autre difficulté, particulièrement la réalisation pratique d'une grille à ouvertures ultrafines. Il en résulte une construction onéreuse et une exploitation difficile.

[0008] US-4 574 046 décrit un appareil de centrifugation pour l'enrichissement de minerai par séparation d'une fraction lourde d'une pulpe à plus faible charge. Cet appareil est muni d'un rotor pourvu d'une grille cylindrique tournant dans un récipient remplis de fluide de façon à obtenir un lit de jiggage vertical. Le lit de jiggage reçoit des impulsions séquentielles au cours de sa rotation lors de son passage devant une série d'éléments pulsateurs régulièrement espacés le long du récipient, à l'extérieur du filtre. Ces impulsions peuvent être provoquées par de l'air comprimé injecté sous la forme de fines bulles, par un fluide sous pression ou par une combinaison des deux. La pulpe est introduite par la base de la grille de jiggage et remonte le long de celle-ci, la fraction constituée par la gangue, plus légère, étant évacuée par le haut de la grille, cependant que la fraction contenant le minerai, plus lourde, est évacuée au-travers de la grille. Elle est ensuite recueillie sur le pourtour de la base du récipient.

[0009] US- 4 071 440 décrit une méthode de séparation d'un mélange de granules de minéraux de poids spécifique différents sous l'effet d'une sédimentation sélective. On utilise un appareil cylindrique dans lequel le mélange est introduit radialement dans un passage ménagé à la périphérie supérieure de la paroi de l'appareil. Le minerai circulant dans le passage périphérique est débarrassé de ses boues et partiellement séparé en différentes phases en fonction du poids des granules. Sous l'effet d'impulsions engendrées par de l'eau, il est déplacé d'un passage annulaire suivant une trajectoire spiralée respectivement vers deux conduits qui entraînent la fraction la plus légère et, pour ce qui est de la fraction la plus lourde, vers un conduit muni d'une valve placé à la base de l'appareil. L'effet de pulsation de l'eau est produit par de l'air comprimé injecté cycliquement à partir de valves dans une chambre de forme annulaire.

Résumé de l'invention

[0010] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'appareil centrifuge connu décrit plus haut.

[0011] L'invention vise plus particulièrement à fournir un procédé nouveau et perfectionné pour la concentration, par la technique du jiggage centrifuge, de matières à l'état de particules solides, comprenant plusieurs constituants organiques et/ou inorganiques de masses volumiques différentes.

[0012] L'invention vise tout spécialement à fournir un procédé qui permette de réaliser, de manière simple et économique, une concentration rapide et efficace d'ultrafines particules de telles matières.

[0013] L'invention a aussi pour objectif de fournir un appareil pour la concentration de telles matières par la technique du jiggage centrifuge, ledit appareil étant de conception simple, pratique, économique et présentant par ailleurs une grande fiabilité et un haut rendement d'exploitation.

[0014] Par convention, dans la suite du présent mémoire, l'expression « matière particulaire » désigne une matière solide à l'état de particules de dimensions et de forme diverses, comprenant au moins deux constituants organiques et/ou inorganiques solides. La matière particulaire peut par exemple comprendre un minerai, dont les constituants comprennent des minéraux.

[0015] L'expression « substance utile » désigne un composant solide ou minéral que l'on cherche à extraire à l'état concentré de la matière particulaire et l'expression « substance stérile » désigne un composant solide ou minéral résiduaire, que l'on cherche à séparer de la (ou des) substance(s) utile(s).

[0016] Le vocable « pulpe » désigne une dispersion ou suspension aqueuse de la matière particulaire susdite dans de l'eau ou un autre liquide (organique ou inorganique) adéquat. Le liquide sélectionné doit avoir une masse volumique inférieure à celle de la matière particulaire.

[0017] En conséquence, l'invention concerne un procédé pour la concentration d'une matière particulaire, comprenant au moins deux constituants de masses volumiques différentes, dans lequel on soumet une pulpe de ladite matière particulaire à une centrifugation et à des pulsations centripètes dans une chambre de centrifugation et on soutire de la chambre de centrifugation, une fraction dense de la pulpe et une fraction légère de la pulpe, le procédé se caractérisant en ce que, pour réaliser les pulsations centripètes, on injecte un fluide dans la pulpe, dans une direction qui présente une composante tangentielle à la centrifugation.

[0018] Le fluide est injecté dans la pulpe sous la forme d'un jet localisé, ce jet présentant une composante qui est tangente au sens de rotation de la pulpe et à la paroi périphérique de la chambre de centrifugation. L'injection peut être rigoureusement tangentielle à la paroi périphérique de la chambre de centrifugation. On préfère qu'elle soit oblique, de manière à présenter aussi une composante radiale.

[0019] Dans le procédé selon l'invention, la centrifugation a pour fonction de soumettre les particules de la matière particulaire à une accélération centrifuge et, de ce fait, à des forces centrifuges qui vont opérer un classement radial des particules de la matière particulaire en fonction de leurs masses respectives. La centrifugation peut être opérée par tout moyen adéquat, par exemple à l'aide d'une centrifugeuse rotative. La centrifugation est exécutée dans une chambre de centrifugation. Celle-ci est normalement une chambre de révolution. Elle peut par exemple être cylindrique, conique ou tronconique. Elle n'est pas critique pour la définition de l'invention et sera explicitée plus loin.

[0020] La vitesse de la centrifugation va conditionner l'accélération centrifuge de la pulpe et, dès lors, les forces centrifuges agissant sur les particules de la matière particulaire. Elle n'est pas critique pour la définition de l'invention. Toutes autres choses étant égales par ailleurs, elle va conditionner la productivité du procédé et la précision de la coupure entre la fraction légère et la fraction dense de la matière particulaire. La vitesse optimum de centrifugation va dépendre de divers paramètres, parmi lesquels figurent la masse volumique de la ou de chaque substance utile de la matière particulaire, les masses volumiques des substances stériles, la distribution granulométrique de la matière particulaire et les dimensions de la chambre utilisée pour la centrifugation. Ces paramètres doivent être déterminés dans chaque cas particulier par l'homme du métier, au moyen d'essais de routine au laboratoire ou de travaux au bureau d'études.

[0021] Les pulsations centripètes ont pour fonction de soumettre la pulpe centrifugée, à des forces centripètes ponctuelles, de courtes durées, assimilables à des chocs, selon une fréquence définie.

[0022] Conformément à l'invention, les pulsations centripètes sont obtenues en injectant un fluide dans la pulpe soumise à la centrifugation, cette injection de fluide comportant une composante tangentielle à la centrifugation.

[0023] Le fluide peut être invariablement un gaz ou un liquide. Il doit être sensiblement inerte vis-à-vis des constituants de la pulpe. Dans le cas d'un liquide, celui-ci ne peut normalement pas être un dissolvant des constituants de la matière particulaire. Il peut être indifféremment un liquide organique ou un liquide aqueux. On recommande spécialement les liquides qui sont miscibles avec le liquide de la pulpe. On utilise avantageusement le même liquide que celui de la pulpe, l'eau ayant la préférence.

[0024] L'injection du fluide est de préférence opérée de manière continue, avec une vitesse sensiblement constante et/ou un débit sensiblement constant. On préfère une injection continue avec une vitesse d'injection sensiblement constante. L'injection tangentielle du fluide dans la pulpe génère dans celle-ci des pulsations centripètes locales en face de la zone d'injection du fluide. Les particules de matière particulaire dans la pulpe sont ainsi soumises à des accélérations ponctuelles tangentielles et centripètes, qui se superposent à l'accélération centrifuge sensiblement constante. La fréquence des accélérations centripètes auxquelles chaque particule de matière particulaire est soumise est fonction de la vitesse de rotation de la pulpe dans la chambre de centrifugation. La combinaison de l'accélération centrifuge et des accélérations centripètes ponctuelles réalise une stratification progressive des particules de la matière particulaire dans la pulpe, en fonction de leurs masses volumiques respectives, les particules les plus denses migrant vers la périphérie du tourbillon de pulpe et les particules moins denses migrant en sens inverse.

[0025] La qualité de la stratification des particules de matière particulaire dans la pulpe et, par voie de conséquence, le rendement de la concentration de la matière particulaire vont dépendre de divers paramètres parmi lesquels figurent les dimensions de la chambre de centrifugation, le débit de la pulpe et sa vitesse d'introduction dans la chambre de centrifugation, ainsi que le débit et la vitesse d'injection du fluide dans la pulpe. Les valeurs optimum de ces paramètres vont en outre dépendre de divers facteurs, notamment de la matière particulaire traité, des masses volumiques respectives de la substance utile et des substances stériles, de la distribution granulométrique de la matière particulaire dans la pulpe et de la concentration de la pulpe, ainsi que des masses volumiques du liquide de la pulpe et du fluide injecté. Ces valeurs optimum doivent dès lors être déterminées dans chaque cas particulier par l'homme du métier, au moyen d'essais de routine au laboratoire.

[0026] Dans le procédé selon l'invention, on soutire une fraction dense de la pulpe et une fraction légère. La fraction dense est normalement soutirée à la périphérie du tourbillon de pulpe centrifugée, généralement dans une direction tangentielle à ce tourbillon.

[0027] Dans une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, la chambre de centrifugation est cylindrique, on y introduit la pulpe avec une vitesse définie, tangentiellement à la paroi périphérique de la chambre et on soutire la fraction dense tangentiellement à ladite paroi.

[0028] Par le vocable « tangentiellement », on entend spécifier que la direction d'introduction de la pulpe dans la chambre et la direction du soutirage de la fraction dense comprennent chacune une composante tangentielle à la paroi de la chambre. Ces directions peuvent par conséquent être rigoureusement tangentielles ou être obliques. On préfère qu'elle soient rigoureusement tangentielles ou quasi tangentielles.

[0029] Le soutirage de la fraction dense est normalement effectué en aval de l'introduction de la pulpe dans la chambre de centrifugation, les expressions « en amont » et « en aval » étant définies par rapport au sens de la rotation du tourbillon de pulpe dans la chambre de centrifugation.

[0030] Dans la forme de réalisation particulière qui vient d'être décrite, la fraction légère de la pulpe peut être soutirée axialement de la chambre de centrifugation. On préfère qu'elle soit soutirée tangentiellement à la paroi périphérique précitée de ladite chambre, en aval du soutirage de la fraction dense.

[0031] Dans la forme de réalisation particulière qui vient d'être décrite, la vitesse tangentielle d'introduction de la pulpe dans la chambre va conditionner sa vitesse de rotation dans la chambre et, par voie de conséquence, l'accélération centrifuge.

[0032] Dans cette forme de réalisation particulière, la chambre cylindrique peut être horizontale, oblique ou verticale. On préfère que la chambre soit sensiblement verticale.

[0033] Dans l'exécution du procédé selon l'invention, il est nécessaire d'évacuer de la chambre, le fluide qui a servi à engendrer les pulsations centripètes dans la pulpe. Cette évacuation peut être opérée par tout moyen adéquat, généralement en aval du soutirage de la fraction légère.

[0034] Dans une mode de réalisation avantageux de la forme d'exécution particulière qui vient d'être décrite, le fluide servant à produire les pulsations centripètes est injecté à travers la paroi périphérique susdite de la chambre de centrifugation, sensiblement sur toute la longueur de celle-ci.

[0035] Dans une variante de réalisation de la forme d'exécution décrite plus haut, on opère au moins un soutirage additionnel d'une fraction additionnelle de pulpe, ce soutirage additionnel étant opéré en aval du soutirage de la fraction dense et en amont du soutirage de la fraction légère. Dans cette variante de réalisation de l'invention, la teneur en substance utile de la fraction additionnelle est intermédiaire entre les teneurs respectives en ladite substance utile dans la fraction dense, d'une part, et dans la fraction légère, d'autre part. Cette variante de réalisation de l'invention réalise ainsi une coupure de la matière particulaire en plusieurs fractions à taux d'enrichissement différents en substance utile. Dans la suite du présent mémoire, le soutirage additionnel susdit sera désigné « soutirage intermédiaire » et la fraction additionnelle correspondante sera désignée « fraction intermédiaire ».

[0036] Dans la variante de réalisation de l'invention qui vient d'être décrite, on peut améliorer de manière substantielle le rendement de la concentration en substance utile, en recyclant la fraction intermédiaire dans la pulpe que l'on introduit dans la chambre de centrifugation.

[0037] Dans le procédé selon l'invention et ses formes de réalisation particulières, le fraction dense constitue la fraction utile (concentrée en substance utile) ou un sous-produit (enrichi en substances stériles de la matière particulaire), selon que la masse volumique de la substance utile est supérieure à celles des substances stériles ou inférieure à celles-ci.

[0038] Le procédé selon l'invention est spécialement adapté à la concentration de matières particulaires de faible granulométrie, notamment à l'état de particules de diamètre inférieur à 800 µm, généralement compris entre 1 et 500 µm, le diamètre d'une particule étant, par définition, le diamètre d'une sphère de même volume que la particule.

[0039] Dans une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, spécialement bien adaptée à de tels matières particulaires, on règle la centrifugation pour soumettre la pulpe à une accélération centrifuge supérieure à 3000 m/s² et on règle l'injection du fluide pour que les pulsations centripètes aient une accélération sensiblement comprise entre 1 et 5 fois l'accélération centrifuge susdite.

[0040] L'invention concerne également un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, ledit appareil comprenant une chambre de centrifugation, un dispositif pour l'admission d'une pulpe de la matière particulaire dans la chambre de centrifugation, un dispositif pour engendrer des pulsations centripètes dans la pulpe dans la chambre de centrifugation, un dispositif de soutirage d'une fraction dense de la pulpe et un dispositif de soutirage d'une fraction légère de la pulpe ; conformément à l'invention, le dispositif pour engendrer des pulsations centripètes dans la pulpe comprend un conduit qui débouche dans la chambre susdite, à travers une paroi périphérique de celle-ci, et qui est en communication avec un organe d'injection d'un fluide.

[0041] Dans l'appareil selon l'invention, la paroi périphérique de la chambre de centrifugation est de révolution. Elle peut avoir tout profil approprié. Elle peut par exemple être une paroi cylindrique, une paroi conique ou une paroi tronconique. Les parois cylindriques sont préférées. La paroi périphérique de révolution peut être horizontale, verticale ou oblique. On préfère que la paroi soit sensiblement verticale.

[0042] Le dispositif pour alimenter la chambre de centrifugation avec la pulpe comprend un conduit qui débouche dans la chambre, à travers sa paroi périphérique, ce conduit étant en outre en communication avec un organe d'injection continue de la pulpe. Le conduit d'introduction de pulpe est disposé tangentiellement ou obliquement par rapport à la paroi périphérique. On préfère qu'il soit sensiblement tangentiel par rapport à cette paroi.

[0043] Le conduit pour l'injection du fluide servant à engendrer les pulsations débouche obliquement ou tangentiellement à travers la paroi périphérique de la chambre de centrifugation. Il comprend une composante tangentielle qui a de préférence le même sens que la composante tangentielle du conduit d'introduction de la pulpe. L'organe d'injection du fluide est avantageusement conçu pour que l'injection du fluide soit continue et à débit et/ou vitesse sensiblement constant.

[0044] Le dispositif de soutirage de la fraction dense comprend avantageusement un conduit qui traverse la paroi périphérique de la chambre de centrifugation et qui est orienté de manière à présenter une composante tangentielle de même sens que la composante tangentielle du conduit d'introduction de la pulpe.

[0045] Le dispositif de soutirage de la fraction légère comprend de préférence un conduit qui traverse la paroi périphérique de la chambre de centrifugation, en aval du conduit de soutirage de la fraction dense et qui est orienté de manière à présenter une composante tangentielle de même sens que la composante tangentielle du conduit d'introduction de la pulpe.

[0046] Dans une forme de réalisation particulière de l'appareil selon l'invention, la chambre de centrifugation comprend au moins un dispositif additionnel de soutirage d'une fraction de la pulpe, ledit dispositif additionnel de soutirage comprenant un conduit qui traverse la paroi périphérique de la chambre de centrifugation, entre les conduits de soutirage de la fraction dense et de la fraction légère. Le conduit de soutirage additionnel est avantageusement similaire aux conduits de soutirage des fractions dense et légère. En variante, le conduit de soutirage additionnel peut être raccordé au dispositif d'alimentation de ladite chambre pour y recycler la fraction soutirée.

[0047] Dans une forme de réalisation avantageuse de l'appareil selon l'invention, le conduit pour l'injection du fluide destiné à engendrer les pulsations comprend une fente qui est ménagée à travers la paroi périphérique de la chambre de centrifugation, sur une longueur substantielle de celle-ci. On entend par l'expression « sur une longueur substantielle de la paroi de la chambre » une longueur supérieure à la moitié de la longueur totale de la chambre, généralement au moins égale à 75 % (de préférence 80 %) de la longueur totale de la chambre. Par définition, la longueur totale de la chambre est la longueur de la chambre, depuis le dispositif d'alimentation en pulpe jusqu'au dispositif de soutirage de la fraction légère.

[0048] L'appareil selon l'invention comprend normalement un dispositif d'évacuation du fluide ayant servi à engendrer des pulsations centripètes dans la pulpe. Ce dispositif d'évacuation comprend normalement un conduit qui débouche à travers la paroi périphérique de la chambre de centrifugation, en aval du dispositif de soutirage de la fraction légère. En variante, il peut comprendre un conduit qui traverse axialement l'extrémité d'aval de la chambre de centrifugation.

[0049] Le procédé et l'appareil selon l'invention trouvent diverses applications. Ils trouvent notamment une application pour la concentration de terres ou de minerais se présentant naturellement à l'état granulaire ou pulvérulent, comme par exemple des produits alluvionnaires. Le procédé et l'appareil selon l'invention sont spécialement adaptés au traitement d'enrichissement de minerais ultrafins, notamment à la récupération de résidus fins de broyage et au traitement de minerais recueillis de gisements alluvionnaires et éluvionnaires ou après broyage. Le procédé et l'appareil selon l'invention trouvent une application toute particulière pour la concentration de minerais d'or, de diamant et de tout autre minéral de valeur, de densité différenciée par rapport à l'environnement (cassitérite, wolframite, coltan, tourmaline, grenats, chrysobéryl, spinelle, zircon, rhodonite, rubis, saphir, ...). Le procédé et l'appareil selon l'invention trouvent également une application pour le traitement de terres polluées, par exemple pour le traitement de boues de draguage de cours d'eau, polluées par des métaux lourds, l'assainissement de terres polluées par des plombs de chasse, l'assainissement de terrains industriels pollués par des matières solides organiques et/ou inorganiques.

Brève description des figures

[0050] Des particularités et détails de l'invention vont apparaître au cours de la description suivante des figures annexées, qui représentent quelques formes de réalisation particulières de l'invention.

La figure 1 montre en perspective une première forme de réalisation particulière de l'appareil selon l'invention ;

La figure 2 montre schématiquement un détail de l'appareil de la figure 1, en section transversale selon le plan II-II de la figure 1 ;

Les figures 3, 4, 5 et 6 sont des schémas analogues à celui de la figure 2, de quatre variantes du détail de la figure 2 ;

La figure 7 est un schéma analogue à celui de la figure 2, d'une variante supplémentaire du détail de la figure 2 ;

La figure 8 montre en perspective, une autre forme de réalisation de l'appareil selon l'invention ;

La figure 9 montre l'appareil de la figure 8 en section axiale ;

La figure 10 montre en section axiale, une forme de réalisation supplémentaire de l'appareil selon l'invention ; et

La figure 11 montre en section axiale, une forme de réalisation modifiée de l'appareil de la figure 10.

[0051] Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent généralement des mêmes éléments.

[0052] Les figures ne sont pas dessinées à l'échelle.

Description détaillée de modes de réalisation particuliers

[0053] L'appareil représenté à la figure 1 comprend une chambre de centrifugation 11, délimitée par une paroi latérale cylindrique verticale 2.

[0054] Deux conduits 3 débouchent dans le bas de la chambre 11, tangentiellement à la paroi cylindrique 2, aux deux extrémités d'un même diamètre. Les conduits 3 servent à l'introduction d'une pulpe de matière particulaire dans la chambre 11 pour l'y soumettre à une rotation dans le sens de la flèche X (Figure 2).

[0055] La chambre 11 est en communication avec un conduit vertical étroit 4, qui traverse la paroi 2 sur approximativement toute sa hauteur et dont l'orientation est approximativement tangentielle par rapport à celle-ci. Le conduit 4 est orienté pour introduire un fluide dans le sens de la flèche X dans la chambre 11. La fonction du conduit 4 sera explicitée plus loin.

[0056] La chambre 11 se trouve en outre en communication avec un conduit 5 près de son extrémité supérieure et avec un conduit 6 dans une zone intermédiaire. Ces deux conduits servent au soutirage de fractions de la pulpe traitée dans la chambre 11.

[0057] Les conduits 3, 4, 5 et 6 sont orientés de manière à déboucher dans la chambre 11, tangentiellement par rapport à sa paroi 2.

[0058] L'appareil de la figure 1 est destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. A cet effet, une matière particulaire à l'état de particules ultrafines est dispersée dans de l'eau de manière à former un pulpe. On introduit la pulpe dans les conduits 3 avec une vitesse uniforme au cours du temps et contrôlée pour soumettre ladite pulpe à une circulation rotatoire dans la chambre 11. On injecte par ailleurs de l'eau sous pression dans la couche de pulpe dans la chambre 11, via le conduit 4. L'injection de l'eau est continue et à débit sensiblement constant, ce qui provoque des pulsations dans la pulpe, en regard du conduit 4. Sous l'action de ces pulsations, les particules de la matière particulaire sont soumises à des accélérations ponctuelles tangentielles et centripètes lorsqu'elles passent en regard du conduit 4, dans la chambre 11. Ces accélérations centripètes ponctuelles se superposent à l'accélération centrifuge continue et sensiblement constante. La grandeur des accélérations centripètes est déterminée par un choix approprié du débit, de la pression et de la vitesse de l'eau injectée dans le conduit 4. La figure 2 montre schématiquement l'action combinée de l'accélération centrifuge continue et des accélérations centripètes ponctuelles. Dans cette figure, les lignes 7 schématisent les lignes de courant circulaire de la pulpe soumise à la centrifugation dans la chambre 11 et les lignes 8 schématisent les lignes de courant de l'eau introduite dans la chambre 11 par le conduit 4. Sous l'effet combiné de l'accélération centrifuge continue et des accélérations centripètes ponctuelles, il s'opère une classification radiale des particules de matière solide dans la chambre 11, en fonction de leurs masses volumiques respectives : les particules les plus denses (9) migrent vers la périphérie de la chambre 11, tandis que les particules légères (10) migrent vers le centre de la chambre. Les particules denses sont soutirées avec du liquide de la pulpe via le conduit 6 et les particules légères sont soutirées avec du liquide de la pulpe, via le conduit 5. Dans le cas où la substance utile de la matière particulaire serait plus dense que les substances stériles de la matière particulaire, la fraction de pulpe soutirée de la chambre 11 par le conduit 6 est la fraction utile, enrichie en substance utile, tandis que la fraction soutirée par le conduit 5 contient une majorité de substances stériles.

[0059] Dans l'appareil des figures 1 et 2, le conduit 4 doit être orienté de manière que le flux d'eau qui pénètrent dans la chambre 11 possède une composante radiale.

[0060] Les figures 3, 4, 5 et 6 montrent diverses dispositions du conduit 4, qui réalisent cette fonction technique.

[0061] Dans la disposition de la figure 3, le conduit 4 pénètre dans la chambre 11 tangentiellement à sa paroi périphérique 2. La chambre s'élargit en aval du conduit 4.

[0062] Dans les dispositions des figures 4 et 5, le conduit 4 pénètre obliquement dans la chambre cylindrique 11 et le diamètre de celle-ci est uniforme.

[0063] Dans la disposition de la figure 6, le conduit 4 pénètre obliquement dans là chambre 11 et celle-ci se rétrécit en aval du conduit 4.

[0064] Dans l'appareil schématisé à la figure 7, plusieurs conduits 6, 6', 6" débouchent dans la chambre 11, à travers sa paroi 2. Les conduits 6, 6', 6" sont décalés angulairement. Ils servent au soutirage de fractions de la pulpe, qui diffèrent par la masse volumique des substances solides qu'elles contiennent. Compte tenu du sens de rotation X de la pulpe dans la chambre 11, la masse volumique des fractions soutirées décroît depuis le conduit 6 (qui est le plus proche du conduit d'admission d'eau 4) jusqu'au conduit 6" (qui est le plus éloigné du conduit 4). Cette forme de réalisation de l'invention permet de scinder la matière particulaire en plusieurs fractions de concentrations différentes en substance utile. Les fractions peuvent être recueillies séparément. En variante, la fraction la plus légère 6" (ou chaque fraction 6' et 6") peut être recyclée telle quelle dans les conduits d'admission 3.

[0065] Dans l'appareil représenté aux figures 8 et 9, la chambre cylindrique 11 contient un cylindre 12 à paroi ajourée (figure 9), dont l'axe coïncide avec celui de la chambre 11. Le cylindre 12 est monté sur des paliers 13, de manière à pouvoir tourner librement dans la chambre 11, pour réduire les pertes de charge dans la pulpe en rotation. En variante le cylindre 12 peut être entraîné par un moteur électrique (non représenté). Le cylindre 12 est prolongé par un goulot 14 qui débouche à l'extérieur, après avoir traversé un goulot correspondant 19 de la chambre 11.

[0066] Pendant l'exploitation de l'appareil des figures 8 et 9, on introduit la pulpe 15 dans la chambre 11 via le conduit 3, de manière qu'elle subisse une centrifugation dans ladite chambre 11. La pulpe se répartit en une couche 21 contre la paroi 2 de la chambre 11. Par le conduit 4 (figure 8), on injecte de l'eau 16 (figure 9) de manière continue dans la couche de pulpe. L'eau qui a traversé la couche de pulpe traverse la paroi ajourée du cylindre 12 et est évacuée de l'appareil par le goulot 14. La fraction légère 17 de pulpe est recueillie via l'ouverture annulaire 5 située en aval de l'appareil, la fraction dense est recueillie via l'ouverture 6 et des fractions de masses volumiques intermédiaires sont soutirées par des ouvertures 6', 6" et 6"' situées entre l'ouverture 6 et l'ouverture 5.

[0067] L'appareil schématisé à la figure 10 diffère de l'appareil des figures 8 et 9 par la présence de deux seuils annulaires 18 et 22 sur la paroi 2, dans la chambre 11. Les deux seuils 18 et 22 sont disposés entre le conduit 3 (non visible) d'admission de la pulpe 15 et le conduit 5 (non visible) d'évacuation de la fraction légère 17. Ils forment entre eux une cavité annulaire 23, dans laquelle débouche le conduit 4 (non représenté, servant à l'injection de l'eau 16 destinée aux pulsations) et le conduit 6 (non représenté, servant à l'évacuation de la fraction dense 20).

[0068] Pendant le fonctionnent de l'appareil de la figure 10, la fraction dense 20 de la pulpe est soutirée de la cavité annulaire 23 et la fraction légère 17 déborde le seuil 18. Toutes autres choses égales par ailleurs, l'appareil de la figure 10 réalise une coupure plus précise entre les particules légères et les particules denses de la pulpe.

[0069] Dans l'appareil de la figure 11, la chambre 11 comprend un hydrocyclone 24 en amont du seuil 22. Le conduit 3 d'admission de la pulpe 15 débouche dans l'hydrocyclone 24. Pendant le fonctionnement de l'appareil, la pulpe traverse l'hydrocyclone 24 et migre vers la cavité annulaire 23. Le cyclone 24 sert à séparer les particules trop fines de la matière particulaire, qui sont évacuées par la cheminée axiale 25.

Revendications

1. Procédé pour la concentration d'une matière particulaire, comprenant au moins deux constituants de masses volumiques différentes, dans lequel on soumet une pulpe de ladite matière particulaire à une centrifugation et à des pulsations centripètes dans une chambre de centrifugation (11) et on soutire de la chambre de centrifugation, une fraction dense (20) de la pulpe et une fraction légère (17) de la pulpe, caractérisé en ce que, pour réaliser les pulsations centripètes, on injecte un fluide (16) dans la pulpe, dans une direction qui présente une composante tangentielle à la centrifugation, la pulpe étant introduite (15) dans la chambre (11), tangentiellement à une paroi périphérique (2) de ladite chambre, la fraction dense étant soutirée tangentiellement à ladite paroi.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide (16) est injecté de manière sensiblement continue dans la pulpe.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'on opère au moins un soutirage additionnel d'une fraction additionnelle de pulpe, en aval du soutirage de la fraction dense (20) et en amont du soutirage de la fraction légère (17).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on injecte le fluide (16) à travers la paroi périphérique susdite (2), sensiblement sur toute la longueur de la chambre (11) .

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la direction précitée d'injection du fluide (16) dans la pulpe présente une composante radiale.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide (16) est le liquide de la pulpe (15).

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le fluide (16) comprend de l'eau.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'on règle la centrifugation pour soumettre la pulpe à une accélération centrifuge supérieure à 3000 m/s² et on règle le débit de l'injection continue du fluide (16) pour que les pulsations centripètes aient une accélération sensiblement comprise entre 1 et 5 fois l'accélération centrifuge susdite.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. caractérisé en ce que la matière particulaire est à l'état de particules dont le diamètre est sensiblement compris entre 1 et 500 µm.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la matière particulaire comprend un minerai.

11. Appareil pour la concentration d'une matière particulaire, comprenant au moins deux constituants de masses volumiques différentes, ledit appareil comprenant une chambre de centrifugation, un dispositif pour l'admission d'une pulpe de ladite matière particulaire dans la chambre de centrifugation, un dispositif pour engendrer des pulsations centripètes dans la pulpe dans la chambre de centrifugation, un dispositif de soutirage d'une fraction dense de la pulpe et un dispositif de soutirage d'une fraction légère de la pulpe, caractérisé en ce le dispositif pour engendrer des pulsations centripètes dans la pulpe comprend un conduit (4) qui débouche dans la chambre (11), tangentiellement ou obliquement par rapport à la paroi périphérique (2) dans la chambre de centrifugation (11), à travers une paroi périphérique (2) de celle-ci, et qui est en communication avec un organe d'injection d'un fluide.

12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'organe d'injection du fluide est conçu pour que l'injection du fluide soit continue et à débit et/ou vitesse sensiblement constant.

13. Appareil selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le dispositif d'admission de la pulpe comprend un conduit (3) qui débouche dans la chambre susdite (11), tangentiellement à la paroi périphérique (2) et qui est en communication avec un organe d'injection continue de la pulpe.

14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le conduit (4) qui est en communication avec un organe d'injection d'un fluide s'étend sur sensiblement toute la longueur de la paroi périphérique (2) de la chambre (11), en aval du conduit (3) d'admission de la pulpe.

15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la paroi périphérique (2) de la chambre de centrifugation (11) est cylindrique.

16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la paroi périphérique (2) de la chambre (11) comprend deux seuils annulaires (18, 22) entre le conduit d'admission (3) de la pulpe (15) et le conduit de soutirage (5) de la fraction légère (17), les deux seuils définissant entre eux une cavité annulaire (23) dans laquelle débouchent respectivement le conduit (4) d'admission du fluide (16) et le conduit de soutirage (6) de la fraction dense (20).

17. Appareil selon l'une quelconque des revendications 11 à 16 , caractérisé en ce que la chambre de centrifugation (11) comprend un hydrocyclone dans lequel débouche le conduit d'admission (3) de la pulpe (15).

Claims

1. A method for concentrating a particulate matter, comprising at least two constituents of different densities, in which a slurry of said particulate matter is subjected to centrifugation and to centripetal pulses in a centrifugation chamber (11), and a dense fraction (20) of the slurry and a light fraction (17) of the slurry are drawn off from the centrifugation chamber, characterized in that, in order to produce the centripetal pulses, a fluid (16) is injected into the slurry, in a direction which has a component tangential to the centrifugation, the slurry (15) being introduced into the chamber (11), tangentially to a peripheral wall (2) of said chamber, and the dense fraction being drawn off tangentially to said wall

2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the fluid (16) is injected substantially continuously into the slurry.

3. The method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that at least one additional drawing off of an additional fraction of slurry is carried out, downstream of the drawing off of the dense fraction (20) and upstream of the drawing off of the light fraction (17).

4. The method as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that the fluid (16) is injected through the abovementioned peripheral wall (2), substantially over the entire length of the chamber (11).

5. The method as claimed in any one of claims 2 to 4, characterized in that the abovementioned direction of injection of the fluid (16) into the slurry has a radial component.

6. The method as claimed in any one of claims 1 to 5, characterized in that the fluid (16) is the liquid of the slurry (15).

7. The method as claimed in claim 6, characterized in that the fluid (16) comprises water.

8. The method as claimed in any one of claims 2 to 7, characterized in that centrifugation is adjusted so as to subject the slurry to a centrifugal acceleration of greater than 3000 m/s², and the flow rate of the continuous injection of the fluid (16) is adjusted such that the centripetal pulses have an acceleration substantially between 1 and 5 times the abovementioned centrifugal acceleration.

9. The method as claimed in any one of claims 1 to 8, characterized in that the particulate matter is in the form of particles, the diameter of which is substantially between 1 and 500 µm.

10. The method as claimed in any one of claims 1 to 9, characterized in that the particulate matter comprises an ore.

11. An apparatus for concentrating a particulate matter, comprising at least two constituents of different densities, said apparatus comprising a centrifugation chamber, a device for introducing a slurry of said particulate matter into the centrifugation chamber, a device for generating centripetal pulses in the slurry in the centrifugation chamber, a device for drawing off a dense fraction of the slurry and a device for drawing off a light fraction of the slurry, characterized in that the device for generating centripetal pulses in the slurry comprises a duct (4) which opens into the centrifugation chamber (11), tangentially or obliquely with respect to the peripheral wall (2), through a peripheral wall (2) thereof, and which communicates with a fluid injection member.

12. The apparatus as claimed in claim 11, characterized in that the fluid injection member is designed such that the injection of the fluid is continuous and at a substantially constant flow rate and/or speed.

13. The apparatus as claimed in any one of claims 11 or 12, characterized in that the device for introducing the slurry comprises a duct (3) which opens into the abovementioned chamber (11), tangentially to the peripheral wall (2) and which communicates with a member for continuous injection of the slurry.

14. The apparatus as claimed in claim 13, characterized in that the duct (4) which communicates with a fluid injection member extends over substantially the entire length of the peripheral wall (2) of the chamber (11), downstream of the duct (3) for introducing the slurry.

15. The apparatus as claimed in any one of claims 11 to 14, characterized in that the peripheral wall (2) of the centrifugation chamber (11) is cylindrical.

16. The apparatus as claimed in any one of claims 11 to 15, characterized in that the peripheral wall (2) of the chamber (11) comprises two annular thresholds (18, 22) between the duct for introducing (3) the slurry (15) and the duct for drawing off (5) the light fraction (17), the two thresholds together defining an annular cavity (23) into which, respectively, the duct (4) for introducing the fluid (16) and the duct (6) for drawing off the dense fraction (20) open.

17. The apparatus as claimed in any one of claims 11 to 16, characterized in that the centrifugation chamber (11) comprises a hydrocyclone into which the duct for introducing (3) the slurry (15) opens.

Ansprüche

1. Verfahren zur Konzentration eines bestimmten Materials, umfassend mindestens zwei Bestandteile mit verschiedenen Raummassen, wobei eine Pulpe des besonderen Materials einer Zentrifugierung und zentripetalen Schwingungen in einer Zentrifugierkammer (11) unterzogen wird und von der Zentrifugierkammer eine dichte Fraktion (20) der Pulpe und eine leichte Fraktion (17) der Pulpe abgezapft wird, dadurch gekennzeichnet dass, um die zentripetalen Schwingungen durchzuführen, ein Fluid (16) in die Pulpe in eine Richtung injiziert wird, die eine tangentiale Komponente der Zentrifugierung darstellt, wobei die Pulpe in eine Kammer (11), tangential zur peripheren Wand (2) der Kammer, eingeführt (15) wird, wobei die dichte Fraktion tangential zur Wand abgezapft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (16) auf im Wesentlichen ununterbrochene Weise in die Pulpe injiziert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zusätzliche Abzapfung der Pulpe, der Abzapfung der dichten Fraktion (20) nachgelagert und der Abzapfung der leichten Fraktion (19) vorgelagert, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (16) über die oben genannte periphere Wand (2), im Wesentlichen auf der gesamten Länge der Kammer (11), injiziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannte Richtung der Injektion des Fluids (16) in die Pulpe eine radiale Komponente darstellt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (16) eine Flüssigkeit der Pulpe (15) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (16) Wasser umfasst.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugierung geregelt wird, um die Pulpe einer zentrifugalen Beschleunigung von mehr als 3000 m/s² zu unterziehen und der Durchsatz der ununterbrochenen Injektion des Fluids (16) geregelt wird, damit die zentripetalen Schwingungen eine Beschleunigung aufweisen, die im Wesentlichen zwischen 1 und 5 Mal der oben genannten zentrifugalen Beschleunigung liegt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das besondere Material im Zustand von Partikeln vorliegt, deren Durchmesser im Wesentlichen zwischen 1 und 500 µm liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das besondere Material ein Mineral umfasst.

11. Gerät zur Konzentration eines bestimmten Materials, umfassend mindestens zwei Bestandteile mit verschiedenen Raummassen, wobei das Gerät eine Zentrifugierungskammer umfasst, eine Vorrichtung zur Aufnahme einer Pulpe des besonderen Materials in der Zentrifugierungskammer, eine Vorrichtung zur Erzeugung der zentripetalen Schwingungen in der Pulpe in der Zentrifugierungskammer, eine Vorrichtung zum Abzapfen einer dichten Fraktion der Pulpe und eine Vorrichtung zum Abzapfen einer leichten Fraktion der Pulpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung der zentripetalen Schwingungen in der Pulpe eine Leitung (4) umfasst, die in die Kammer (11) mündet, tangential oder schräg im Verhältnis zu der peripheren Wand (2) der Zentrifugierungskammer (11) über eine periphere Wand (2) dieser, und die mit einem Organ zur Injektion eines Fluids in Verbindung steht.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ zur Injektion des Fluids entworfen ist, damit die Injektion des Fluids ununterbrochen und mit einem Durchsatz und/oder einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich bleibend sind, erfolgt.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Aufnahme der Pulpe eine Leitung (3) umfasst, die in die oben genannte Kammer (11) mündet, tangential zur peripheren Wand (2), und die mit einem Organ zu ununterbrochenen Injektion der Pulpe in Verbindung steht.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leitung (4), die mit einem Organ zur Injektion des Fluids in Verbindung steht, im Wesentlichen über die gesamte Länge der peripheren Wand (2) der Kammer (11), der Leitung (3) zur Aufnahme der Pulpe nachgelagert, erstreckt.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die periphere Wand (82) der Zentrifugierungskammer (11) zylindrisch ist.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die periphere Wand (2) der Kammer (11) zwei ringförmige Schwellen (18, 22) zwischen der Leitung zur Aufnahme (3) der Pulpe (15) und der Leitung zum Abzapfen (5) der leichten Fraktion (17) umfasst, wobei die zwei Schwellen zwischen sich einen ringförmigen Hohlraum (23) definieren, in den jeweils die Leitung (4) zur Aufnahme des Fluids (16) und die Leitung zum Abzapfen (6) der dichten Fraktion (20) münden.

17. Gerät nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugierungskammer (11) ein Hydrozyklon umfasst, in das die Leitung zur Aufnahme (3) der Pulpe (15) mündet.

Dessins