BR102020025154A2 - Matrizes magnéticas e métodos de usar as mesmas - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a matriz magnética (47) para separação magnética de partículas em uma alimentação de material, que inclui uma pluralidade de placas (32/32’) ranhuradas possuindo primeiro e segundo lados e que ambos têm uma série alternada de dentes (33, 35) e ranhuras (34, 36) ao longo delas, cada placa ranhurada com um alinhamento com deslocamento em que dentes e ranhuras em um primeiro lado de uma placa são lateralmente deslocados de dentes e ranhuras em um segundo lado da mesma placa. Também são fornecidos métodos de uso de matrizes magnéticas (47) para separar minérios magnéticos, com os métodos caracterizados por uma correlação negativa na qual matrizes magnéticas construídas com placas ranhuradas com passos maiores são usadas para a separação de partículas ultrafinas.

Description

MATRIZES MAGNÉTICAS E MÉTODOS DE USAR AS MESMAS CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a matrizes magnéticas para uso em separadores magnéticos para a separação de partículas magnéticas e não magnéticas contidas em alimentações de material . Em particular, a presente invenção refere-se às matrizes magnéticas formadas por uma pluralidade de placas ranhuradas com dentes deslocados lateralmente, e métodos de fabricação e uso das mesmas em processos de separação magnética.

ANTECEDENTES INVENÇÃO

[002] Em um processo típico de separação magnética, uma matéria-prima contendo ambos componentes magnéticos e não magnéticos é alimentada a um separador magnético com uma ou mais matrizes magnéticas para separar os componentes magnéticos e não magnéticos. A alimentação do material pode ser apenas a matéria-prima (por exemplo, uma alimentação do material seco) ou uma polpa formada a partir da mistura da matéria-prima com um fluido (por exemplo, uma alimentação do material úmido).

[003] Os separadores magnéticos utilizados em tais processos têm em seu interior uma matriz magnética, das quais existem vários tipos diferentes para uso, dependendo do tipo de matéria-prima a ser separada e do tipo de alimentação do material(por exemplo, seco ou úmido). Um tipo de matriz magnética convencional é a matriz de placas ranhuradas que é formada por uma pluralidade de placas ranhuradas alinhadas em paralelo para formar uma série de lacunas para passagem da alimentação de material entre tais placas. Exemplos de matrizes de placas ranhuradassão descritos por Stone (US 3.830.367) e Por Pereira de Moraes (BR 20 2012 016519). As Figuras 1-3 mostram um exemplo de uma matriz magnética convencional 1 formada a partir de uma pluralidade de placas ranhuradas 2 alinhadas em paralelo entre si, e separadas umas das outras por elementos espaçadores 3 para formar lacunas 4 entre elas. A pluralidade de placas inclui placas internas 2 em que cada uma possui um número de dentes 5 e ranhuras 6 ao longo do primeiro e segundo lados opostos, e placas externas 2' em que cada uma possui um número de dentes 5 e ranhuras 6 ao longo apenas de um lado interno do mesmo.

[004] Poucas melhorias foram feitas nas matrizes de placas ranhuradas ao longo dos anos. Anteriormente, as matrizes de placa ranhuradas eram feitas com apenas um passo padrão de 3,175 mm (8 dentes/polegada). Em 1991, KHD, Humboldt Wedag AG, à epoca a líder mundial da indústria no desenvolvimento de separadores magnéticos, introduziu duas novas matrizes magnéticas que usavam placas ranhuradas com um passo de 6,350 mm (4 dentes/polegada) e passo de 2,116 mm (12 dentes/polegada). Ver Wasmuth et al., Desenvolvimentos Recentes em Separação Magnética de Minerais Fracamente Magnéticos, Revista de Engenharia de Minerais U.K., Vol. 4, Nos 7-11, pp 825-837. Ao introduzir essas novas matrizes magnéticas, a KHD ensinou que as matrizes magnéticas devem usar placas ranhuradas com um passo que é selecionado com base no tamanho das partículas que devem ser separadas. Desse modo, um passo maior (ou seja, dentes maiores) usado para partículas maiores e mais grosseiras, e um passo menor (ou seja, dentes menores) usado para partículas menores e finas. Especificamente, a KHD ensinou que um passo de 6,350 mm (4 dentes/polegada) deveria ser utilizado para partículas grosseiras, com diâmetros de 1,5 mm a 6 mm; um passo de 3,175 mm (8 dentes/polegada) para partículas finas com diâmetros de 50 μm a 1,5 mm; e um passo de 2,116 mm (12 dentes/polegada) para partículas ultrafinas com diâmetros inferiores a 50 μm. Wasmuth, 834. Como líder na indústria na época, esses ensinamentos de KHD foram aceitos e adotados sem dúvida entre especialistas.

[005] Não houve nenhum desenvolvimento significativo feito em relação às matrizes magnéticas de placas ranhuradas nos últimos anos, e agora é o estado atual da técnica que as matrizes de placas ranhuradas devem usar placas ranhuradas com um passo com correlação positiva com o tamanho das partículas - por exemplo, passos maiores (tamanhos de dentes maiores) para separar partículas maiores e grosseiras; e passos menores (tamanhos de dentes menores) para separar partículas menores e finas.

[006] Apesar de essa ser uma prática de longa data na arte, ainda há necessidade de melhorias nas matrizes magnéticas para avançar ainda mais o estado da arte, e melhorar a produção e eficiência dos separadores magnéticos em geral.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] As matrizes magnéticas de acordo com a presente invenção podem ser utilizadas na separação magnética de partículas em uma alimentação de material, e essas matrizes magnéticas podem incluir uma pluralidade de placas, incluindo placas internas e placas externas, com pelo menos as placas internas sendo formadas como placas ranhuradas possuindo primeiro e segundo lados em que ambos têm uma série alternada de dentes e ranhuras ao longo. Cada placa interna pode possuir um alinhamento com deslocamento, no qual dentes e ranhuras em um primeiro lado de uma placa são lateralmente deslocados de dentes e ranhuras em um segundo lado da mesma placa, de tal forma que os picos dos dentes do primeiro lado da placa residem em um eixo comum como vales das ranhuras no segundo lado da placa, e de tal forma que os picos dos dentes do segundo lado da placa residem em um eixo comum como vales das ranhuras no primeiro lado da placa.

[008] As matrizes magnéticas podem ser construídas com placas internas que podem possuir um alinhamento com deslocamento no qual cada dente no primeiro e segundo lados se sobrepõe com dois dentes separados em um lado oposto da mesma placa. As placas internas podem possuir uma espessura de corpo constante ao longo de substancialmente todo o comprimento da placa espessura, espessurasendo a espessura do corpo medida entre as porções alinhadas longitudinalmente do primeiro e do segundo lados da placa possuindo a sequência de dentes e ranhuras. As placas internas podem possuir uma espessura máxima de perfil maior que a espessura do corpo, a espessura máxima do perfil sendo medida entre os picos dos dentes deslocados em lados opostos da placa.espessura. As placas internas podem incluir uma raiz de placa com uma espessura de raiz menor que a espessura do corpo, sendo medida a espessura da raiz entre vales de ranhuras deslocados nos lados opostos da placa.

[009] As matrizes magnéticas podem ser construídas com uma pluralidade de placas internas, cada uma alinhada com as placas adjacentes de modo que os picos de cada dente em cada placa estejam alinhados e residam em uma linha de eixo comum com picos de dentes opostos em uma placa imediatamente adjacente. As placas internas podem estar alinhadas com placas adjacentes de modo que os vales de cada ranhura em cada placa são feitos para alinhar e residir em uma linha de eixo comum com vales de ranhuras opostos em uma placa imediatamente adjacente. As placas internas podem estar alinhadas umas com as outras de tal forma que há uma série de linhas de eixo que são cada uma caracterizada por uma sequência repetida de alinhamentos opostos de "pico-pico" e alinhamentos opostos "vale-vale" ao longo de cada linha de eixo, um alinhamento oposto ao "pico-pico" sendo aquele em que picos de dentes opostos em placas imediatamente adjacentes residem em uma linha de eixo comum, e um alinhamento oposto "vale-vale" é aquele em que vales de ranhuras opostos em placas imediatamente adjacentes residem em uma linha de eixo comum.

[0010] As matrizes magnéticas podem ainda incluir um polo magnético sul e um polo magnético norte, sendo os polos magnéticos sul e norte posicionados em lados opostos da pluralidade de placas para gerar um ou mais campos magnéticos dentro da pluralidade de placas. As matrizes magnéticas também podem ser construídas com uma razão passo por lacuna, representando uma razão entre um passo das placas ranhuradas e uma lacuna entre os picos dos dentes opostos em placas ranhuradas adjacentes, que seja na razão 3:1 ou superior; e que pode estar em uma faixa de 3:1 a 20:1.

[0011] Os métodos de utilização das matrizes magnéticas podem incluir a passagem de uma alimentação de material através de uma matriz magnética; em que a matriz magnética compreende uma pluralidade de placas, compreendendo placas internas e placas externas, com pelo menos as placas internas sendo formadas como placas ranhuradas com primeiro e segundo lados que ambos possuem uma série alternada de dentes e ranhuras ao longo dos mesmos, as placas internas com um passo de aproximadamente 6,35 mm de passo (4 dentes/polegada), e a alimentação de material compreende componentes de partículas ultrafinas magnéticas e não magnéticas. Esses métodos podem incluir ainda a separação das partículas ultrafinas que compreendem partículas com diâmetro médio de cerca de 50 μm; separação de componentes em uma alimentação de material seco ou uma alimentação de material úmido.

[0012] Métodos de separação magnética podem ser realizados com matrizes magnéticas nas quais cada placa interna possui um alinhamento com deslocamento no qual dentes e ranhuras em um primeiro lado de uma placa são deslocados lateralmente de dentes e ranhuras em um segundo lado da mesma placa; e o alinhamento com deslocamento pode ser tal que os picos dos dentes do primeiro lado da placa residem em um eixo comum como vales das ranhuras do segundo lado da placa, e de tal forma que os picos dos dentes no segundo lado da placa residem em um eixo comum como vales das ranhuras do primeiro lado da placa.

[0013] Tanto a descrição geral anterior quanto a seguinte descrição detalhada são exemplares e explicativas apenas e destinam-se a fornecer mais explicações sobre a invenção, como alegado. Os desenhos que acompanham são incluídos para fornecer uma compreensão adicional da invenção; são incorporados e constituem parte desta especificação; modalidades ilustrativas da invenção; e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] Outras características e vantagens da invenção podem ser apuradas a partir da seguinte descrição detalhada que é fornecida em conexão com os desenhos descritos abaixo:

[0015] FIG. 1 mostra uma matriz magnética convencional;

[0016] FIG. 2 mostra uma visão de plano superior da matriz magnética da FIG. 1;

[0017] FIG. 3 mostra uma visão de detalhe de placas ranhuradas na matriz magnética da FIG. 1;

[0018] Fig. 4 mostra campos magnéticos comparativos gerados por duas placas ranhuradas magnéticas diferentes, incluindo: (a) uma placa ranhurada com um passo menor e dentes menores, gerando um campo magnético com linhas magnéticas dispersas de menor intensidade individual; (b) uma placa ranhurada com um passo maior e dentes maiores, gerando um campo magnético com linhas magnéticas concentradas de maior intensidade individual;

[0019] Fig. 5 mostra a fabricação de uma placa ranhurada convencional de alinhamento espelhado a partir de uma placa de aço padrão, como usado na matriz magnética 1;

[0020] Fig. 6 mostra as dimensões da placa ranhurada convencional da FIG. 5;

[0021] Fig. 7 mostra a fabricação de um primeiro exemplo de uma placa ranhurada de alinhamento espelhado com um passo maior e dentes maiores a partir de uma placa de aço padrão;

[0022] Fig. 8 mostra as dimensões da placa ranhurada da FIG. 7;

[0023] Fig. 9 mostra a fabricação de um segundo exemplo de uma placa ranhurada de alinhamento espelhado com um passo maior e dentes maiores a partir de uma placa de aço mais grossa;

[0024] Fig. 10 mostra as dimensões da placa ranhurada da FIG. 9;

[0025] Fig. 11 mostra uma comparação dimensional lado a lado das placas ranhuradas de alinhamento espelhado das FIGS. 8 e 10 com a placa ranhurada convencional da FIG. 6;

[0026] Fig. 12 mostra a fabricação de um exemplo de uma placa ranhurada com alinhamento com deslocamento com um passo maior e dentes maiores a partir de uma placa de aço padrão;

[0027] FIG. 13 mostra as dimensões da placa ranhurada da FIG. 12;

[0028] Fig. 14 mostra uma comparação dimensional lado a lado da placa ranhurada com alinhamento com deslocamento da FIG. 13 para a placa ranhurada convencional da FIG. 6;

[0029] Fig. 15 mostra uma matriz magnética formada a partir de uma pluralidade de placas de deslocamento da FIG. 12;

[0030] Fig. 16 mostra uma visão de plano superior da matriz magnética da FIG. 15;

[0031] Fig. 17 mostra uma visão de detalhes das placas ranhuradas na matriz magnética da FIG. 15;

[0032] Fig. 18 mostra áreas de passagem comparativas geradas por duas placas ranhuradas magnéticas diferentes, incluindo: (a) uma placa ranhurada com passo menor, com um número maior de dentes menores e uma lacuna maior, resultando em uma área menor de passagem; e (b) uma placa ranhurada com um passo maior, com um número menor de dentes maiores e uma lacuna menor, resultando em uma área de passagem maior; e

[0033] Fig. 19 mostra um gráfico comparativo ilustrando a correlação positiva do passo da placa ranhurada e o tamanho das partículas como atualmente adotado na indústria, e a correlação inversa de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0034] A exposição a seguir discute a invenção atual com referência aos exemplos mostrados nos desenhos que acompanham, embora não limite a invenção a esses exemplos.

[0035] O uso de todo e qualquer exemplo, ou linguagem exemplar (por exemplo, "como") fornecida aqui possui a intenção apenas de esclarecer melhor a invenção e não representa uma limitação no escopo da invenção, a menos que seja reivindicada de outra forma. Nenhuma linguagem na especificação deve ser interpretada como indicando qualquer elemento não reclamado como essencial ou de outra forma crítico à prática da invenção, a menos que seja feito de outra forma clara no contexto.

[0036] Como aqui usado, as formas singulares “o”, “a”, “um”, "uma" incluem referências plurais, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Salvo indicação do contrário por contexto, o termo "ou" deve ser entendido como um "ou" inclusivo. Termos como "primeiro", "segundo", "terceiro", etc. quando usados para descrever múltiplos dispositivos ou elementos, são utilizados dessa forma apenas para transmitir as ações relativas, posicionamento e/ou funções dos dispositivos separados, e não necessitam de uma ordem específica para tais dispositivos ou elementos, ou qualquer quantidade ou classificação específica de tais dispositivos ou elementos.

[0037] A palavra "substancialmente", como aqui utilizado em relação a qualquer propriedade ou circunstância, refere-se a um grau de desvio que é suficientemente pequeno de modo a não prejudicar consideravelmente a propriedade ou circunstância identificada. O grau exato de desvio permitido em determinada circunstância dependerá do contexto específico, como seria entendido por uma pessoa versada na técnica.

[0038] O uso dos termos "sobre" ou "aproximadamente" destina-se a descrever valores acima e/ou abaixo de um valor ou faixa declarado, como seria entendido por uma pessoa versada na técnica no respectivo contexto. Em alguns casos, isso pode abranger valores em uma faixa de aproximadamente +/-10%; em outros casos, pode haver valores englobados em uma faixa de aproximadamente +/-5%; em outros valores de instâncias em uma faixa de aproximadamente +/-2% podem ser englobados; e em outras instâncias, isso pode abranger valores em uma faixa de aproximadamente +/-1%.

[0039] Será entendido que os termos "compreendem" e/ou "compreendendo", quando utilizados nesta especificação, evidenciam a presença de características declaradas, inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impedem a presença ou adição de uma ou mais características, inteiros, passos, operações, elementos, componentes e/ou grupos dos mesmos, a menos que aqui indicado ou claramente contrariado pelo contexto.

[0040] As recitações de uma faixa de valor aqui, salvo indicação em contrário, servem como abreviação para se referir individualmente a cada valor separado que se enquadra na faixa indicada, incluindo os pontos finais da faixa, cada valor separado dentro da faixa, e todas as faixas intermediárias subsumidas pela faixa geral, com cada uma incorporada na especificação como se tivesse sido recitado individualmente aqui.

[0041] Salvo indicação de outra forma, ou claramente contrariada pelo contexto, os métodos aqui descritos podem ser realizados com as etapas individuais executadas em qualquer ordem adequada, incluindo: a ordem precisa descrita, sem quaisquer etapas intermediárias ou com uma ou mais etapas interpostas entre as etapas descritas; com as etapas descritas realizadas em uma ordem diferente da ordem exata descrita; com uma ou mais etapas realizadas simultaneamente; e com uma ou mais etapas descritas omitidas.

[0042] Como usado aqui, "dentes pequenos" serão entendidos como se referindo a dentes que têm um passo de cerca de 2,116 mm ou menos (ou seja, cerca de 12 dentes / polegada, ou mais); dentes com um passo de cerca de 2,116 mm (ou seja, cerca de 12 dentes / polegada ) a cerca de 3,175 mm (ou seja, cerca de 8 dentes / polegada) podem ser referidos aqui como "dentes padrão"; "dentes grandes" será entendido como se referindo a dentes que têm um passo de cerca de 3,175 mm (ou seja, menos de 8 dentes / polegada) ou maior.

[0043] Como aqui utilizado, "partículas ultrafinas" serão entendidas como se referindo a partículas com um diâmetro de cerca de 50 μm ou menos (uma malha de cerca de 270 mesh ou mais); "partículas finas" serão entendidas como se referindo a partículas com diâmetro de cerca de 50 μm (cerca de 270 mesh) a cerca de 6 mm (cerca de 1/4 polegada de malha); e "partículas grossas" serão entendidas como se referindo a partículas com um diâmetro de cerca de 6 mm ou mais (uma malha de cerca de 1/4 polegada ou maior).

[0044] Convencionalmente, foi aceito na arte que o passo (tamanho do dente) de uma matriz magnética de placa ranhurada deve possuir uma correlação positiva com o tamanho das partículas dos componentes que devem ser separados; assim - com passos maiores (tamanhos de dentes maiores) para separação de partículas maiores e grossas; e passos menores (tamanhos de dentes menores) para separar partículas menores e finas. No entanto, recentemente foi descoberto que essa prática é incorreta e mal adaptada para a separação de partículas ultrafinas.

[0045] Partículas em um fluxo de material alimentado que está fluindo através de uma matriz magnética são submetidas a uma série de forças concorrentes, incluindo, por exemplo, campos magnéticos; gravidade, inércia, forças centrífugas e de arrasto hidrodinâmico. A influência individual dessas forças concorrentes varia dependendo do tamanho das partículas. De acordo com a equação de Stokes, a gravidade será a força dominante em partículas com diâmetro médio superior a 500 μm (0,5 mm); enquanto o arrasto hidrodinâmico será a força dominante para partículas menores e ultrafinas com diâmetro médio em torno de 50 μm (0,05 mm) ou menos. Assim, ao separar partículas ultrafinas, melhores resultados na atração e retenção dessas partículas são esperados com o uso de fortes intensidades de campo magnético e altos gradientes magnéticos para superar as forças de arrasto hidrodinâmica.

[0046] FIGS. 4a-4b apresentam ilustrações esquemáticas de dois arranjos separados de placas magnéticas ranhuradas, e os campos magnéticos gerados assim. Ambos os arranjos usam polos magnéticos da mesma força de campo magnético e são configurados com os dentes opostos separados por uma lacuna ou idêntica entre eles. Na primeira arranjo (FIG. 4a), uma placa ranhurada com um passo de cerca de 3,175 mm, com um maior número de dentes por comprimento unitário, é vista para produzir um campo magnético que é dividido em um maior número de linhas magnéticas dispersas de intensidade magnética relativamente menor. Por outro lado, no segundo arranjo (FIG. 4b), uma placa ranhurada com um passo de cerca de 6,35 mm, com um menor número de dentes por comprimento unitário, é visto como produzindo um campo magnético que está concentrado em um número menor de linhas magnéticas de maior intensidade magnética. Embora não esteja vinculado à teoria, acredita-se que concentrar o campo magnético através de um número menor de dentes resulta no segundo arranjo (FIG. 4b) apresentando menos pontas concentrando as linhas magnéticas, resultando em intensidades de campo magnético mais fortes em geral nessas menos pontas, produzindo assim força magnética mais intensa.

[0047] A presente invenção é inclusiva de matrizes magnéticas que adotam uma correlação inversa para a separação magnética de partículas ultrafinas usando placas ranhuradas com um passo maior (tamanho de dentes maior). A presente invenção também é inclusiva de matrizes magnéticas que utilizam um passo maior sem aumentar o tamanho geral ou comprometer a integridade estrutural da matriz magnética. Esses objetivos são alcançados, em alguns exemplos, construindo uma matriz magnética com placas ranhuradas em que os dentes em lados opostos de placas individuais são lateralmente compensados em relação um ao outro, fornecendo uma matriz magnética com um passo maior (dentes maiores) sem alterar as dimensões da matriz magnética como um todo.

[0048] Figs. 1-3 mostram um exemplo de uma matriz magnética convencional 1 formada a partir de uma pluralidade de placas ranhuradas 2 alinhadas em paralelo entre si, e espaçadas umas das outras por espaçadores 03 para formar lacunas 4 entre elas. A pluralidade de placas inclui placas internas 2 em que cada uma possui um número de dentes 5 e ranhuras 6 ao longo do primeiro e segundo lados opostos, e placas externas 2' em que cada uma possui um número de dentes 5 e ranhuras 6 ao longo apenas de um lado interno do mesmo.

[0049] Os dentes 5 em cada placa 2 estão uniformemente alinhados em toda a matriz convencional 1 em um alinhamento espelhado. Ou seja, em cada placa individual 2, cada dente 5 de um primeiro lado é feito para se alinhar com um dente 5 em um segundo lado da mesma placa 2 de tal forma que os picos 7 dos dois dentes alinhados 3 residem em uma linha de eixo comum 8. Da mesma forma, em cada placa individual 2, cada ranhura 6 do primeiro lado é feita para se alinhar com uma ranhura 6 no segundo lado da mesma placa 2 de tal forma que os vales 9 das duas ranhuras alinhadas 6 residem em uma linha de eixo comum 10.

[0050] Além disso, cada placa 2 está alinhada com as placas 2 adjacentes de modo que os picos 7 de cada dente 5 em cada placa 2 são feitos para alinhar e residir em uma linha de eixo comum 8 com os picos 7 de dentes opostos 5 em uma placa imediatamente adjacente 2. Este alinhamento das placas 2 também resulta nos vales 9 de cada ranhura 6 em cada placa 2 alinhando e residindo em uma linha de eixo comum 10 com os vales 9 de vales opostos 6 em uma placa imediatamente adjacente 2. Como resultado, a matriz magnética convencional 1 é caracterizada por uma série de linhas alternadas do eixo de dentes 8 e linhas do eixo ranhura 10 em que cada eixo de dentes 8 possui apenas picos de dentes 7 residindo ali e cada eixo de ranhuras 10 possui apenas vales 9 residindo ali.

[0051] O alinhamento espelhado utilizado nas placas convencionais 2 resulta nestas placas sendo feitas com uma espessura variável. Conforme ilustrado na FIG. 5, a produção de uma placa 2 convencional começa com um material bruto 62, como uma placa de aço padrão, na qual uma série de ranhuras são formados para criar uma sequência alternada de dentes 5 e ranhuras 6, com uma raiz 11 correspondente a uma seção central contínua e ininterrupta da placa 2. Como mostrado na FIG. 6, a placa convencional 2 possui uma espessura máxima 15, medida entre os picos 7 dos dentes alinhados 5 em lados opostos do primeiro e do segundo lados; e uma espessura mínima 16, correspondente a uma espessura da raiz da placa 11, medida entre os vales 9 das ranhuras alinhadas 6 no primeiro e segundo lados opostos. Como exemplo não limitante, uma placa ranhurada convencional 2 pode ser feita com um passo de 3,175 mm (8 dentes/ polegada), uma espessura máxima de 6,00 mm e uma espessura raiz de 2,83 mm.

[0052] Enquanto a placa ranhurada convencional de alinhamento espelhado 2 em FIGS. 5-6 pode ser adequado para uso em matrizes magnéticas adaptadas para separar partículas finas, elas não são adequadas para uso na separação de partículas ultrafinas. Isso se deve ao fato de que essas placas convencionais não podem gerar um campo magnético suficientemente intenso para capturar e reter partículas ultrafinas de forma eficiente. Pode ser possível gerar intensidades magnéticas mais fortes com essas placas convencionais movendo as placas mais próximas umas das outras, de tal forma que haja uma menor lacuna entre as placas adjacentes. Entretanto, essas placas convencionais não podem, em termos práticos, ser ajustadas para lacunas menores que 1,5 mm. Isso porque, em uma matriz magnética constituída de placas convencionais com alinhamento espelhado 2, lacunas menores que 1,5 mm resultam em entupimento da matriz magnética devido a uma tolerância mínima entre o tamanho das partículas e a área de passagem da lacuna , que terá uma folga de ranhura menor14, como visto na FIG. 18a, e uma taxa de alimentação do material de alimentação através do separador magnético teria que ser muito aliviada para evitar entupimento excessivo. Assim, as placas ranhuradas convencionais são consideradas inadequadas para uso na separação de partículas ultrafinas de acordo com a correlação inversa da presente invenção, com preferência dada a placas ranhuradas com passo maior e dentes maiores.

[0053] A Fig. 7 mostra a produção de um primeiro exemplo de placa com alinhamento espelhado 17 com um passo relativamente maior e dentes relativamente maiores de acordo com a correlação inversa da presente invenção. Neste exemplo, a placa ranhurada 17 é formada a partir do mesmo material a bruto 62 (placa de aço padrão) como a placa convencional 2, com uma série de ranhuras formados nela para criar uma sequência alternada de dentes 18 e ranhuras 19. Como mostrado na FIG. 8, a placa 17 possui uma espessura máxima 15, medida entre os picos 20 de dentes alinhados 18 em lados opostos do primeiro e do segundo lados dos mesmos; e uma espessura mínima 21, correspondente a uma espessura da raiz da placa 22, medida entre os vales 23 das ranhuras alinhadas 19 no primeiro e segundo lados opostos. Como exemplo não limitante, uma placa ranhurada 17 pode ser feita com um passo de 5,50 mm (4,62 dentes / polegada), uma espessura máxima de 6,00 mm e uma espessura raiz de 0,50 mm.

[0054] A Fig. 9 mostra a produção de um segundo exemplo de placa com alinhamento espelhado 24, novamente com um passo relativamente maior e dentes relativamente maiores. Neste exemplo, a placa ranhurada 24 é formada a partir de um material a bruto maior 63 (uma placa de aço 30% mais espessa) como a usada para produzir uma placa convencional 2, com uma série de ranhuras formados nela para criar uma sequência alternada de dentes 25 e ranhuras 26. Como mostrado na FIG. 10, a placa 24 possui uma espessura máxima 27, medida entre os picos 28 dos dentes alinhados 25 em lados opostos do primeiro e do segundo lados; e uma espessura mínima 29, correspondente a uma espessura da raiz da placa 30 medida entre os vales 31 das ranhuras alinhadas 26 no primeiro e segundo lados opostos. Como exemplo não limitante, uma placa ranhurada 24 pode ser feita com um passo de 5,50 mm (4,62 dentes / polegada), uma espessura máxima de 8,00 mm e uma espessura raiz de 2,50 mm.

[0055] Uma comparação lado a lado das placas ranhuradas com alinhamento espelhado 17/24 com a placa ranhurada convencional 2 é fornecida em FIG. 11, onde pode ser melhor visto as dimensões relativas das várias placas ranhuradas.

[0056] Como se pode ver, a placa 17 apresenta certas vantagens na medida em que pode ser feita a partir do mesmo material da placa convencional 2, e com uma espessura máxima comum 15 como a placa convencional 2, de tal forma que a fabricação da placa ranhurada 17 deverá incorrer em um custo de material similar ao da placa convencional 2, e de tal forma que a placa ranhurada 17 possa ser diretamente substituída pela placa convencional 2. No entanto, a placa ranhurada 17 também apresenta uma desvantagem indesejável na medida em que a formação do passo maior com dentes maiores 18 é alcançada formando ranhuras mais profundos no material, resultando assim em ranhuras mais profundos 19 e uma raiz mais fina 22 na placa 17 em comparação com as ranhuras 6 e raiz 11 na placa convencional 2. A raiz relativamente mais fina na placa 17 pode apresentar o risco de que a placa 17 possa estar sujeita a falhas mecânicas aumentadas em comparação com a placa convencional 2, tanto na fabricação quanto na operação.

[0057] A placa 24 apresenta uma vantagem na medida em que pode ser feita com uma raiz 30 com a mesma espessura que a raiz 11 da placa convencional 2, de tal forma que a placa 24 deverá possuir a mesma integridade estrutural da placa convencional 2. No entanto, a placa ranhurada 24 apresenta a desvantagem de que a produção da placa 24 requer o uso de um material de maior espessura, e, portanto, um custo material maior, com o resultado adicional de que a placa 24 possui uma espessura máxima maior 27 do que a espessura máxima 15 da placa convencional 2, impedindo assim a substituição direta de uma placa 24 por uma placa convencional 2.

[0058] As FIGS. 12-13 mostram a produção de uma placa e alinhamento com deslocamento 32 com um passo relativamente maior e dentes relativamente maiores em comparação com uma placa convencional 2. Neste exemplo, a placa ranhurada 32 é formada a partir do mesmo material a bruto 62 (placa de aço padrão) como a placa convencional 2, com uma série de ranhuras formados nela para criar uma sequência alternada de dentes 33, 35 e ranhuras 34, 36. No entanto, ao contrário da configuração com alinhamento espelhado na placa 2, a placa 32 é feita deslocando lateralmente os ranhuras, de tal forma que os dentes resultantes 33 e ranhuras 34 em um primeiro lado da placa 32 são lateralmente deslocados dos dentes resultantes 35 e ranhuras 36 em um segundo lado do mesmo. Ou seja, os dentes 33, 35 de uma placa 32 são deslocados de tal forma que o pico 37 de um dente 33 em um primeiro lado residam no eixo comum 38 com um vale 39 de uma ranhura 36 em um segundo lado; e de tal forma que o pico 40 de um dente 35 em um segundo lado residam no eixo comum 41com um vale 42 de uma ranhura 34 no primeiro lado do mesmo. Com este arranjo, cada dente 33 em cada lado da placa 32 é feito para se sobrepor, para uma espessura comum 43, com dois dentes separados 35 em um lado oposto do mesmo. Como mostrado na FIG. 13, a placa 32 possui uma espessura constante 44 medida em qualquer local ao longo de seu comprimento (por exemplo, entre um par alinhado de um pico 37 e um vale 39 em lados opostos da placa 32); com uma espessura de perfil máximo 45, medida entre picos 37, 40 de dentes deslocados 33, 35 em lados opostos da placa 32. Como exemplo não limitante, uma placa de alinhamento com deslocamento 32 pode ser feita com um passo de 5,50 mm (4,62 dentes / polegada), uma espessura máxima de 6,00 mm, e uma espessura raiz de 0,50 mm, com os dentes deslocados 33, 35 sendo deslocados por uma espessura comum de 2,75 mm e a placa 32 possuindo uma espessura constante de 3,25 mm ao longo substancialmente de todo o comprimento do mesmo (uma porção base pode possuir uma seção mais espessa com uma espessura superior a 3,25 mm para suporte por hastes de espaçamento 48, como na FIG. 17).

[0059] Uma comparação lado a lado da placa de alinhamento com deslocamento 32 com a placa ranhurada convencional 2 é fornecida em FIG. 14, onde pode ser melhor visto as dimensões relativas das várias placas. Como se pode ver, a placa de alinhamento com deslocamento 32 pode ser feita a partir do mesmo material que placa convencional 2, e com uma espessura de perfil máxima 45 que corresponde à espessura máxima 15 da placa convencional 2. Como resultado, espera-se que a fabricação de uma placa ranhurada 32 incorra em um custo de material similar ao de uma placa convencional 2, e uma placa ranhurada 32 pode substituir diretamente uma placa convencional 2. Além disso, embora a raiz 46 da placa 32 seja bastante pequena (medida entre os vales offset 39 e 42 em lados opostos da placa 32), a espessura constante 44 em toda a placa 32 fornece integridade estrutural favorável para reduzir o potencial de falhas mecânicas. Assim, a placa 32 proporciona os benefícios do aumento do passo e do tamanho do dente, permitindo intensidades de campo magnético relativamente mais fortes e gradientes magnéticos mais elevados, evitando o aumento dos custos de materiais e reduções na integridade estrutural que são esperadas de outras placas ranhuradas formadas com passo e tamanho de dentes similares.

[0060] As Figs.15-17 mostram um exemplo de uma matriz magnética 47 de acordo com a invenção atual, formada a partir de uma pluralidade de placas ranhuradas 32 alinhadas em paralelo umas com as outras, e separadas umas das outras por espaçadores 48 para formar lacunas 49 entre elas. A pluralidade das placas 32 inclui placas internas 32 em que cada uma possui um número de dentes 33, 35 e ranhuras 34, 36 ao longo do primeiro e segundo lados opostos dos mesmos, e placas externas 32' em que cada uma possui um número de dentes 33 e ranhuras 34 ao longo apenas um lado interno do mesmo.

[0061] Como visto nas FIGS. 16-17, a matriz magnética 47 é feita com placas ranhuradas 32 que são configuradas e organizadas de tal forma que os dentes individuais 33 estejam alinhados. Ou seja, neste exemplo, cada placa 32 está alinhada com as placas 32 adjacentes a tal forma que os picos 37 de cada dente 33 em cada placa 32 são feitos para alinhar e residir em uma linha de eixo comum 38 com os picos 40 de dentes opostos 35 em uma placa imediatamente adjacente 32. Este alinhamento das placas 32 também resulta nos vales 39 de cada ranhura 36 em cada placa 32 alinhando e residindo em uma linha de eixo comum 41 com os vales 42 das ranhuras opostas 34 em uma placa imediatamente adjacente 32. No entanto, como as placas 32 são feitas com um alinhamento de dentes 33, 35 e ranhuras 34, 36, a matriz magnética 47 não possui nenhuma linha de eixo que contenha apenas picos ou apenas vales . Em vez disso, a matriz magnética 47 é caracterizada por uma série de linhas de eixo 38, 41 que são caracterizadas por uma sequência repetida de alinhamentos opostos de "pico-pico" e alinhamentos opostos ao "vale-vale", com cada linha de eixo lateralmente adjacente 38, 41 possuindo uma sequência que é longitudinalmente deslocada das sequências das linhas de eixo lateralmente adjacentes a ela.

[0062] Como mostrado na FIG. 18, as placas ranhuradas 32, com dentes deslocados lateralmente 33, podem ser alinhadas entre si para formar uma matriz magnética 47 com uma lacuna 49 reduzida entre as placas adjacentes 32, em comparação com a lacuna mínima 4 requerida em uma matriz magnética convencional 1 formada a partir de placas ranhuradas convencionais 2. Como visto na FIG. 18, uma matriz convencional 1, formada por placas ranhuradas convencionais 2 com dentes menores 5 dispostos em um alinhamento espelhado, limita-se a uma lacuna mínima 4 entre os dentes adjacentes 5, a fim de garantir um intervalo mínimo de sulco 14 entre as ranhuras opostas 6 que evita entupimento pelas partículas de um material alimentado que passa através dele. No entanto, uma matriz magnética 47 de acordo com a presente invenção, formada por placas 32 com dentes maiores 33, 35 dispostas em um alinhamento com deslocamento , permite uma abertura 49 de espessura relativamente menor devido ao aumento do sulco de 14' fornecido pelas ranhuras maiores 34, 36 formadas nas placas 32.

[0063] Ao construir uma matriz magnética de acordo com a invenção atual, é preferível que a matriz magnética seja feita com uma razão entre o passo de placa para lacuna em uma faixa de 3:1 a 20:1. Por exemplo, se uma matriz magnética 47 é feita com placas ranhuradas 32 possuindo um passo de 6,35 mm, então é preferível que as lacunas 49 entre as placas adjacentes 32 meçam entre 2,116 mm e 0,3175 mm. Assim, as matrizes magnéticas de acordo com a presente invenção incluem construções que têm um espaçamento de lacuna reduzida em uma faixa entre 1,5 mm e 0,3175 mm, o que não é prático em matrizes magnéticas convencionais.

[0064] Fig. 19 mostra uma representação gráfica do estado atual da técnica como ensinado pela KHD, em relação às melhorias feitas pela presente invenção. Neste gráfico, o eixo horizontal 51 representa o tamanho das partículas (μm) e o eixo vertical 50 representa a intensidade do campo magnético. A seta 64 indica uma intensidade magnética crescente, e a seta 65 identifica partículas com um diâmetro médio de cerca de 50 μm ou menos, que são predominantemente influenciadas por altas forças de arrasto hidrodinâmico, em comparação com partículas maiores que são predominantemente influenciadas por forças gravitacionais.

[0065] Os ensinamentos do KHD são representados por correlações 52/53, indicando que uma placa ranhurada com um passo menor e dentes menores 54 deve ser usada para separar partículas menores e ultrafinas 55 (correlação positiva 52); e que uma placa ranhurada com um passo maior e dentes maiores 56 deve ser usada para separar partículas maiores e grossas 57 (correlação positiva 53). Enquanto isso, contrário aos ensinamentos do KHD, a presente invenção reconhece que resultados superiores na separação de partículas menores e ultrafinas 55, com um diâmetro médio de cerca de 50 μm ou menos, são alcançados com o uso de uma placa ranhurada com um passo maior e dentes maiores 56 (correlação negativa 58).

[0066] A correlação negativa 58 da presente invenção baseia-se nos vetores de força concorrente encontrados por uma partícula ultrafina 55 que passa por uma matriz magnética, com um diagrama de vetores 60/59 mostrando o vetor de forças em uma partícula passando por uma placa ranhurada com dentes menores 54, e um lote vetorial 61/59 mostrando os vetores de força em uma partícula passando por uma placa ranhurada com dentes maiores 56. Como mostrado pelos diagramas vetoriais, o vetor de força de arrasto hidrodinâmico 59 agindo em uma partícula ultrafina que viaja em um fluxo de alimentação material é o mesmo, independentemente da placa magnética que passa, embora o vetor de força magnética 61 da placa com dentes maiores 56 seja maior que o vetor de força magnética 60 da placa com dentes menores 54. Como discutido anteriormente, a diferença nos vetores de força magnética 60/61 deve-se a uma separação relativa das linhas de campo magnético na placa com dentes menores 54 em comparação com uma concentração relativa de linhas de campo magnético na placa com dentes maiores 56, com as respectivas diferenças na concentração da linha de campo magnético efetuando diferenças correspondentes na intensidade do campo magnético e, portanto, vetores de força magnética 60/61.

[0067] Em uso, uma matriz magnética de acordo com a presente invenção pode ser feita a partir de quaisquer das placas ranhuradas 17, 24 e 32; e uma alimentação de material contendo componentes magnéticos e não magnéticos é então passada através da matriz magnética para a separação de tais componentes. A alimentação do material pode ser uma alimentação de material seco ou úmido. Em um caso preferencial, a alimentação de material que é passada através de uma matriz magnética de acordo com a invenção atual é aquela que contém partículas magnéticas ultrafinas; e especificamente partículas magnéticas ultrafinas com diâmetro médio de cerca de 50 μm ou menos.

[0068] Opcionalmente, uma matriz magnética de acordo com a presente invenção pode ser usada na fabricação e/ou montagem de um separador magnético, e também pode ser usada para readequar um separador magnético pré-existente, sendo utilizado como um substituto para uma matriz magnética convencional no separador magnético pré-existente.

[0069] Embora a presente invenção seja descrita com referência a casos particulares, será entendido pelas pessoas versadas na técnica que a descrição anterior aborda apenas casos exemplares; que o escopo da invenção não se limita às modalidades descritas; e que o escopo da invenção pode abranger casos adicionais abraçando várias mudanças e modificações relativas aos exemplos aqui descritos sem se afastar do escopo da invenção conforme definido nas reivindicações e equivalentes anexados.

[0070] Na medida do necessário para compreender ou completar a descrição da presente invenção, todas as publicações, patentes e pedidos de patentes aqui mencionados são expressamente incorporados por referência neste documento na mesma medida em que cada uma delas foi incorporada individualmente. Nenhuma licença, expressa ou implícita, é concedida a qualquer patente aqui incorporada.

[0071] A presente invenção não se limita às modalidades aqui ilustradas, mas é caracterizada pelas afirmações colocadas, que de forma alguma limitam o escopo da descrição.

Claims (16)

1. Matriz (47) para uso na separação magnética de partículas em uma alimentação de material, compreendendo:
   uma pluralidade de placas (32, 32’), compreendendo placas internas (32) e placas externas (32’), com pelo menos as placas internas (32) sendo formadas como placas ranhuradas que possuem primeiro e segundo lados em que ambos têm uma série alternada de dentes (33, 35) e ranhuras (34, 36) ao longo de ambos,
   caracterizada pelo fato de que
   cada placa interna (32) possui um alinhamento com deslocamento, no qual dentes(33) e ranhuras (34) em um primeiro lado de uma placa (32) são lateralmente deslocados a partir de dentes (35) e ranhuras (36) em um segundo lado da mesma placa (32), de tal forma que os picos (37) dos dentes (33) do primeiro lado da placa (32) residem em um eixo comum (38) como vales (39) das ranhuras (36) no segundo lado da placa (32), e de tal forma que os picos (40) dos dentes (35) no segundo lado da placa (32) residem em um eixo comum (41) como vales (42) das ranhuras (34) no primeiro lado da placa (32).
2. Matriz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que
   cada placa interna (32) ainda possui um alinhamento com deslocamento, no qual cada dente (33, 35) no primeiro e segundo lados se sobrepõe com dois dentes separados (33, 35) em um lado oposto da mesma placa (32).
3. Matriz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que
   cada placa interna (32) possui uma espessura constante do corpo (44) ao longo de todo o comprimento da placa (32), a espessura do corpo (44) sendo medida entre porções longitudinalmente alinhadas do primeiro e segundo lados da placa (32) possuindo a sequência de dentes (33, 35) e ranhuras (34, 36).
4. Matriz de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que
   cada placa interna (32) ainda possui uma espessura de perfil máxima (45) que é maior que a espessura do corpo (44), a espessura de perfil máxima (45) sendo medida entre picos (37, 40) de dentes (33, 35) deslocados em lados opostos da placa (32).
5. Matriz de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que
   cada placa interna (32) ainda compreende uma raiz de placa com uma espessura de raiz (46) menor que a espessura do corpo (44), sendo a espessura da raiz (46) medida entre vales (39, 42) de ranhuras deslocadas (34, 36) em lados opostos da placa (32).
6. Matriz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que
   cada placa interna (32) ainda está alinhada com placas (32) adjacentes de modo que os picos (37, 40) de cada dente (33, 35) em cada placa (32) são feitos para alinhar e residir em uma linha de eixo comum (38) com picos (37, 40) de dentes opostos (33, 35) em uma placa (32) imediatamente adjacente.
7. Matriz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que
   cada placa interna (32) ainda está alinhada com placas (32) adjacentes de tal forma que vales (39, 42) de cada ranhura (34, 36) em cada placa (32) são feitos para alinhar e residir em uma linha de eixo comum (41) com vales (39, 42) de ranhuras opostas (34, 36) em uma placa (32) imediatamente adjacente.
8. Matriz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que
   as placas internas (32) ainda estão alinhadas entre si de tal forma que há uma série de linhas de eixo (38, 41) que são cada uma definidas por uma sequência repetindo alinhamentos opostos de "pico-pico" (40↔37) e alinhamentos opostos "vale-vale" (39↔42) ao longo de cada linha de eixo (38, 41), um alinhamento "pico-pico" (40↔37) sendo aquele em que picos (40/37) de dentes opostos (35/33) em placas (32) imediatamente adjacentes residem em uma linha de eixo comum (38, 41), e um alinhamento de oposição "vale-vale" (39↔42) sendo aquele em que vales (39, 42) de ranhuras opostas em placas (32) imediatamente adjacentes residem em uma linha de eixo comum (38, 41).
9. Matriz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ainda há:
   pelo menos um campo magnético presente dentro da pluralidade de placas (32/32’), o pelo menos um campo magnético compreendendo linhas de campo magnético que se estendem entre picos (37, 40) de dentes (33, 35) opostos em placas (32) ranhuradas adjacentes.
10. Matriz de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que:
    a matriz (47) ainda é construída com uma taxa de passo por lacuna, representando uma razão entre o passo das placas (32) ranhuradas e uma lacuna (49) entre picos (37, 40) dos dentes (33, 35) opostos em placas (32) ranhuradas adjacentes, que seja 3:1 ou maior.
11. Método de separar magneticamente partículas, caracterizado pelo fato de que compreende:
    passar uma alimentação de material através de uma matriz magnética (47); em que
    a matriz magnética (47) compreende uma pluralidade de placas (32/32’), compreendendo placas internas (32) e placas externas (32’), com pelo menos as placas internas (32) sendo formadas como placas (32) ranhuradas com primeiro e segundo lados que ambos possuem uma série alternada de dentes (33, 35) e ranhuras (34, 36) ao longo delas,
    em que as placas internas (32) possuem um passo de aproximadamente 6,35 mm (4 dentes/polegada), e
    a alimentação de material compreende partículas ultrafinas magnéticas e não magnéticas.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que
    as partículas ultrafinas ainda compreendem partículas com um diâmetro médio de em torno de 50 μm ou menos.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que
    a alimentação de material é uma alimentação de material seco.
14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que
    a alimentação material é uma alimentação de material úmido.
15. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que
    cada placa interna (32) possui um alinhamento com deslocamento no qual dentes (33) e ranhuras (34) em um primeiro lado de uma placa (32) são lateralmente deslocados a partir de dentes (35) e ranhuras (36) em um segundo lado da mesma placa (32).
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que
    o alinhamento com deslocamento é aquele de tal forma que os picos (37) dos dentes (33) do primeiro lado da placa (32) residem em um eixo comum (38) como vales (39) das ranhuras (36) no segundo lado da placa (32), e de tal forma que os picos (40) dos dentes (35) do segundo lado da placa (32) residem em um eixo comum (41) como vales (42) das ranhuras (34) no primeiro lado da placa (32).

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