Analyseur pour substances paramagnétiques

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Analyseur pour substances paramagnétiques

Robert Forrer, Paul Maechler

To cite this version:

207

ANALYSEUR POUR SUBSTANCES

_{PARAMAGNÉTIQUES}

Par ROBERT FORRER et PAUL

_MAECHLER,

Laboratoire Pierre-Weiss, Institut de _Physique,

_Strasbourg.

Résumé. 2014 Les auteurs

décrivent la construction d’un trieur magnétique, permettant une

ana-lyse magnétique rapide de _{poudres magnétiques,} dont la _{susceptibilité} est _comprise entre 2014 2.1020146

et 1020144 UEM _CGS/g.

Les _grains de différentes

_{susceptibilités}

sont _séparés et recueillis soit sur du _papier enduit de colle pour y former le spectre magnétique de l’échantillon soit dans un _jeu de _{godets appropriés}

permettant la _réception des différentes tranches selon leur _{susceptibilité.}

Abstract. 2014 The authors describe the construction of

a _{magnetic separator} which allows a fast

magnetic analysis of _{paramagnetic powders} with

_{susceptbiilities}

_ranging from 2014 2. 1020146 to 1020144 UEM _CGS/g. Grains with different susceptibilities are _separated and collected either on a _glue

coated paper showing the _{magnetic spectrum} of the _sample, or in a set of _{appropriate cups.} PHYSIQUE

PHYSIQUE APPLIQUÉE

SUPPLÉMENT AY TOME _23, DÉCEMBRE _1962, PAGE

Les

_sables,

roches ou minerais

broyés

sont

com-posés

de

_{particules qui}

se

distinguent

souvent les

unes des autres _{par leurs}

_{propriétés minéralogiques,}

chimiques

ou

_{magnétiques.}

Les différences d’ordre

magnétiques

sont à la base du

_principe

de fonc-tionnement des trieurs

_magnétiques

industriels.

Par élimination de tranches de

_{grains plus}

ou moins

attirés _par un électroaimant on arrive

à,enrichir

un minerai voulu.

Mais l’étude sommaire de la

_composition

natu-relle des

_sables,

ou le contrôle

_rapide

d’un

traite-ment d’un minerai mettaient en 0153uvre un ensemble

d’opérations

assez

_complexes

et de

_longue

durée. Il était donc souhaitable de

_disposer

d’un

_appareil

permettant

d’effectuer d’une

_façon

_simple

et

rapide,

avec une bonne

_précision,

et sur de

_petites

quantités

de

_matière,

une

_analyse

_magnétique.

Cette

_analyse

_pourrait

se concrétiser sous la

forme d’une

_espèce

de «

_spectre

magnétique

» _pour

des substances

_{paramagnétiques}

dont les coef-ficients d’aimantation vont

_jusqu’à

100 X 10-6

C. G. S. environ. Les

_{particules ferromagnétiques}

devront bien entendu être

_{soigneusement}

éliminées avant

_l’analyse.

De

_plus

on aurait souhaité que

_l’appareil

_puisse

fonctionner sans source de courant sur le chantier

de

_prospection.

1.

_Principe

de l’ancien

_appareil.

- Dans _un

premier

appareil

(fig. 1)

construit à cet effet et

muni d’aimants

_permanents,

les sables à

_étudier,

dispersés

en une _nappe

_{mono-granulaire}

sur une

plaque

vibrante

_P,

tombent en chute libre devant

una arête

magnétique

horizontale A. Par ce

_champ

fortement non uniforme les

grains

sont

_plus

ou

moins

_déviés,

suivant leur coefficient

paramagné-tique.

Ils forment en fin de chute sur un carton enduit d’un vernis

_visqueux

un _vague

_spectre.

Ce

manque de

précision

est dû à un eff et combiné :

Les

_grains

_qui

_tombent,

à cause d’un

_départ

mal

défini,

à une distance variable de l’arête

A,

y

ren-contrent des zones d’attraction bien différentes.

Fm, 1.

Les

_spectres

ainsi obtenus sont _peu

_{reproductibles.}

Pour éviter cette

_{imprécision,}

il suffit d’utiliser un

large champ magnétique

qui

donne une attraction

horizontale uniforme et rend ainsi la déviation

indépendante

de l’endroit exact du

_départ

du

grain.

Or un tel

_champ

assez

_puissant

n’est

_plus

réalisable avec des aimants

_permanents.

Il faut donc renoncer à cette

_simplicité

_{pour obtenir} une

meilleure

_précision.

2.

_Principe

du nouvel

_appareil.

- Voici le

prin-cipe

du nouvel

_{appareil ( fig.}

_{2) :}

0 étant

_l’origine

de la chute des

_grains,

une

première

étape

de la

208

chute se _{passe dans l’entrefer d’un}

champ

pro-duisant une attraction presque

_constante,

_agissant

dans la direction A.

1)

Les

_grains

non

_magnétiques

tombent

verti-calement vers B.

2)

Les

_grains

_{paramagnétiques}

d’un coefficient maximum sont soumis à la fois à l’attraction de la

pesanteur

et à celle du

_champ

non uniforme et

tombent finalement en C par

_exemple.

F’’IG. 2. FIG. 3.

3)

Les

_grains

d’une

_{susceptibilité}

intermédiaire tombent entre B et C.

_L’impact

des

_grains

divers forme une

_espèce

de

_spectre

s’étendant de B à C.

Un certain nombre d’inconvénients résulte de

cette

_{disposition :}

la situation du

_point

0 de

_départ

dans une zone d’attraction a une action néfaste sur le

_départ

même des

_grains.

Si le sens

d’intro-duction des

_grains

_{par la}

_glissière

est

_opposée

à

l’attraction,

il se

_produit

un

_freinage

et une

accu-mulation des

_grains.

_{Si par} contre ce sens est

paral-lèle à

_{l’attraction,}

il se

_produit

une accélération et

un déchirement de la nappe des

_grains

d’où résulte

un entraînement

_intempestif

des

_grains

même non

magnétiques.

Si le

_point

0 est au-dessus de

l’entre-fer

_(en

_{0’ par}

_{exemple) (fig. 3),}

les

_grains

sont

bien soumis à un effet d’attraction réduite dans le

sens

_OA’,

mais une

_composante

verticale très

importante

se

_superposant

à _{l’action de la}

pesan-teur,

diminue notablement la déviation

magné-tique.

D’ailleurs une

grande

partie

du

_champ

n’est

pas

utilisée,

ce

_qui

se traduit par un mauvais

rende-ment

_quant

à

_l’énergie

d’excitation de l’électro-aimant.

3.

Aménagements. -

Ces inconvénients ont été

éliminés en

_grande

_partie

dans la réalisation finale par les mesures suivantes :

La finesse des raies du «

_{spectre magnétique »}

dépend

essentiellement de la

_précision

du début de la chute des

_grains

_quittant

le distributeur

( fig. 4).

Celui-ci se _{compose d’un} tube a vertical en

aluminium

_qui

amène la

substance b

à étudier dans le

_champ

c de l’électro-aimant.

Entre

le bord

supérieur d

et la

_ligne

_e, les

_{pièces polaires}

sont

arrondies pour adoucir la

_composante

verticale de l’attraction. La bouche f du distributeur est

_placée

dans une zone de

_{champ magnétique}

intense cons-tant de sorte _{que les}

_grains

se trouvant encore sur

la

_glissière

ne subissent pas la contrainte d’une

composante

horizontale d’attraction. Le distri-buteur vibre autour d’un axe vertical i-i

_passant

’

FIG. 4.

par le bord de la lèvre g. Sous l’action des vibra-tions les

_{grains b quittent}

_{le tube a par l’ouverture} f

réglable

en hauteur et s’étalent sur la

glissière

horizontale en couche

monogranulaire.

En

avan-çant

vers le bord _{g, les}

amplitudes

de la vibration

diminuant,

les

_grains

ralentissent _pour s’immobi-liser en _g. A ce moment ils sont

poussés

_par les

grains

suivants pour basculer sur l’arête sans vitesse

initiale

_{appréciable.}

Un robinet 1

_permet,

une fois

le

_{triage terminé,}

de vider

_rapidement

le tube a.

Les vibrations du distributeur sont

_produites

_par

le moteur d’un

_haut-parleur

_{électrodynamique}

ali-menté _par un transformateur donnant des

impul-sions sinusoïdales 50

_Hz,

_{d’amplitude réglable}

par

209

La forme frontale des

_{pièces polaires}

_comporte

de nombreuses

_{particularités}

_(voir

_fig.

_{5) :}

FIG. 5.

Une zone 0 de

champ

intense et

uniforme,

dans

laquelle

est

_placée,

dans la

_partie

_supérieure,

comme

_{déjà mentionné,}

la bouche du

distributeur,

s’étale vers le bas et à droite. Elle doit éviter que

des

_grains

fortement

_magnétiques

n’entrent dans la zone

1,

dans

laquelle

ils subiraient une attraction

de sens inverse à celle désirée. La zone 2 est la

zone d’attraction

principale

_constante,

de direction

radiale à la courbure de l’arête. La

_composante

verticale de cette attraction diminue

_légèrement

celle de la

_pesanteur

et accroît donc la sensibilité de

_{l’appareil.}

Dans les zones 3 et 4 à

_plus

faible attraction tombent les

_grains

faiblement

para-magnétiques

respectivement diamagnétiques.

La

zone 5 est évasée vers le

_haut,

_{pour éviter} une

_trop

forte

_composante

verticale vers le

_{bas, qui}

tasse-rait fortement les

_grains

dans le tube.

Les

_{pièces polaires}

sont

_légèrement

écartées vers

le bas par

rapport

à leur

_plan

de

_symétrie

et leur bord inférieur est _{arrondi pour éviter} une attrac-tion latérale accidentelle. Entre ce bord inférieur et le

_plan

horizontal

_d’impact,

les

_grains

tombent

en chute libre sur une hauteur d’environ 12 _cm, ce

qui amplifie

la déviation. Pour éviter une influence

perturbatrice

par des courants

d’air,

cette

région

de chute libre est

_protégée

_par une _cage en

plexi-glas

transparent.

Pour obtenir la forme désirée des

_pièces

_polaires,

on a

procédé

_par retouches successives. L’attraction

résultante a été contrôlée à toutes les

_étapes,

_par

un

_appareil

_conçu à cet effet

_qui

a

_permis

de me-surer à

_chaque

endroit de l’entrefer simultanément les

_composantes

verticale et horizontale de la force d’attraction

_{(fig. 6).}

FIG. 6.

La courbure des

_{génératrices}

délimitant les diffé-rentes zones

_apporte

plusieurs avantages :

Les

_grains

de faible ou _moyenne

susceptibilité

magnétique

se

_déplacent

dans une zone de forte

attraction ce

_qui

assure un bon

pouvoir

de

sépa-ration. Les

_grains

fortement

_magnétiques

_par contre finissent _par

_tomber

dans la zone

d’attrac-tion faible ou nulle

(qhamp

constant).

Ce fait évite une

_trop

grande

déviation

de ces

_grains

et limite

210

ainsi la sensibilité pour les substances à forte

sus-ceptibilité.

Cette forme courbe

_permet

en outre la fabrication en série sur le tour de ces

_{pièces polaires.}

Un

_gabarit

de

_profil

assure leur

reproductibilité.

La

_figure

7 illustre ce

profil

aux différents ni-veaux ABC

_(fig.

₅₎

et la courbe de la force d’attrac-tion horizontale

_{correspondante}

pour un courant

d’excitation de 2

_ampères.

4. Fonctionnement. -- Les

grains

de différentes

susceptibilités

d’une substance à

_analyser,

tombent

après

le _passage dans l’entrefer décrit

_ci-dessus,

dans une

couche

de vernis

visqueux

à

séchage

rapide,

étalé sur un carton

_agrafé

sur une

glissière

qu’on déplace

à la main au fur et à mesure de la

chute des

_grains.

Si l’on a

_repéré

sur ce «

_spectre

magnétique »

des « raies »

intéressantes,

on

_peut

retirer la

_glissière

et laisser tomber les

_grains

correspondants

dans des

_godets

_réglés

de

_façon

à recevoir la ou les tranches intéressantes. Il est

ainsi

_possible

de

_procéder

_{par la suite} aux études

des

_propriétés

_physiques

et

_chimiques

de

_chaque

constituant ainsi isolé.

_{L’analyseur peut}

servir pour l’étude de la

composition

magnétique

de

sub-stances naturelles ou bien pour l’étude d’une série

de traitements

_{préparatoires}

pour obtenir une

extraction

_{particulière.}

5. Sensibilité. - La sensibilité de

l’appareil

peut

être

_adaptée

à la

_{susceptibilité}

_moyenne des échantillons en

_réglant

le courant d’excitation de l’électro-aimant. Pour les substances faiblement

paramagnétiques,

l’excitation

_peut

être

_poussée

au

delà des valeurs normales

_grâce

au refroidissement

du

_bobinage

_{par circulation} d’eau. La sensibilité pour

chaque

courant d’excitation

peut

être déter-minée par l’étude d’un «

_spectre

magnétique

»

obtenu au _moyen de « substances étalons » dont

voici la liste avec les

_{susceptibilités correspondantes :}

:

6.

_Description.

-

L’appareil

est constitué

_(voir

photos) :

.

10 Par un électro-aimant dont la carcasse est à

double fermeture. Les _{noyaux ont} une section

rec-tangulaire

de 10 X 8 cm et

_portent

les

_bobinages,

les

_flasques

de refroidissement et les

_pièces

_polaires.

20 Par le

_{distributeur,}

vibrant sous l’action d’un

moteur de

_{haut-parleur,}

à la

_fréquence

du réseau. 30 Par le

_dispositif

de

_{réception, qui peut}

être :

a)

le carton encollé fixé sur la

glissière,

ou

b)

les

_godets

emboîtés et

_réglables.

Les dimensions hors tout sont :

Le

_poids

est d’environ 150

_kg.

7. Mode

opératoire.

- Pour

procéder

à une

analyse,

il y a lieu

_d’opérer

de la

_façon

_{suivante :}

La substance à traiter est

_broyée,

les

_grains

séchés, grossièrement

calibrés

_(0,1

à

_0,6

mm de diamètre

_environ),

les

_{ferromagnétiques}

soigneu-sement éliminés _{par passage d’une arête vive d’un} aimant à 1 mm au-dessus des

_grains

étalés en une

nappe

régulière.

Les

grains

sont introduits dans le tube. Pour obtenir une couche

monogranulaire

sur

la

_glissière,

on

_règle

le débit _{par la fente du} distri-buteur et _par

_{l’amplitude}

des vibrations au _moyen

du rhéostat.

_Après

avoir arrêté le débit des

_grains

au _{moyen de}

_{l’interrupteur}

du courant de vibration

et

_après

avoir mis le courant d’excitation estimé nécessaire pour obtenir une

_séparation

nette des

constituants,

on encolle le carton

_récepteur

du

spectre.

Une fois le vibreur mis en route les

_grains

tombent dans la colle et on tire la

_glissière

suppor-tant le carton _{pour éviter le} rebondissement des

grains

sur ceux

_déjà

fixés. Si

_{l’amplitude}

de la

sépa-ration est

_suffisant,

on

_peut

_placer

_{les godets}

récepteurs

pour recueillir les tranches désirées. Si par contre elle est

trop faible,

on

_augmente

l’exci-tation de l’électro-aimant

_jusqu’à

obtention d’une

séparation

convenable. S’il reste de la substance dans le

_tube,

on

_peut

vider celui-ci en ouvrant le robinet situé en dessous du tube distributeur.

L’appareil

a été étudié et mis au

_point

_{par les}

auteurs au Laboratoire Pierre-Weiss

(Section

Ferromagnétisme)

de l’Université de

_Strasbourg,

par le service

technique

subventionné par le C. N. R. S. et

_grâce

à des subventions accordées par l’IRSID à

Saint-Germain-en-Laye.

Il fait

l’objet

du brevet C. N. R. S. no 1.141.536 et il est

fabriqué

’sous licence par les

Établissements

ELECTRONA à

_{Strasbourg-Lingolsheim.}

L’ana-lyseur

peut

être livré à des laboratoires ne