CS200060B1

CS200060B1 - Equipment for separation of slight magnetic substances by selective magnetic flocculation

Info

Publication number: CS200060B1
Application number: CS543778A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Hencl; Jan Svoboda; Jaroslav Cibulka
Original assignee: Vladimir Hencl; Jan Svoboda; Jaroslav Cibulka
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1980-08-29

Description

Vynález se týká zařízení pro selektivní magnetickou flokulaci slabě magnetických látek se směsí e nemagnetickými látkami. Zařízení poskytuje silné magnetické pole vhodných vlastností, které v součinnosti s novou konstrukcí umožňují, aby se tříděné látky shlukovaly do flokulí nebo agregátů} částic o vyěěí měrné hmotnosti, což umožňuje jejich sedimentační oddělení od ostatních nemagnetických látek přítomných ve směsi.The invention relates to a device for selective magnetic flocculation of weakly magnetic substances with a mixture of non-magnetic substances. The apparatus provides a strong magnetic field of suitable properties which, in conjunction with the new design, allows the sorted materials to aggregate into floccules or aggregates of particles of higher density, allowing them to sedimentate from other non-magnetic substances present in the mixture.

Současné známé zařízení pro magnetickou flokulaci využívají slabého magnetického homogenního nebo nehomogenního pole, s indukcí do 0,08 T, vytvářeného buď elektromagnetickým vinutím nebo permanentními magnety, která způsobují magnetickou flokulaci pouze silně magnetických látek, jako například magnetitu. Selektivní flokulace vzniká jen při použití nehomogenních velmi slabých magnetických polí do 0,02 T, kdy vzniklé flokule silně magnetických látek neuzavírají v sobě slabě magnetické a nemagnetické látky, přítomné ve směsi rozptýlené ve vodě jako suspenze. Lvýěení selektivity flokulace se dosahuje mícháním suspenze mechanickým míchadlem, dispergovaným vzduchem, nebo s výhodou ve zvláět konstruovaném zařízení s tangenciálním přívodem rmutu. Nařízení pozůstává z válcové nádrže, ve které je ve středu pevně umístěna přívodní trubka, na jejím konci jsou tangenciálně umístěny nátrubky. Jejich konce jsou ohnuty tangenciálně ke stěně^válcové nádrže. Ve výši asi 250 mm ode dna nádrže je na jejím obvodu umístěno elektromagnetické vinutí. Nádrž je na svém horním konci opatřena tangenciálně umístěným nátrubkem a přepadovou rourou, odkudCurrent known magnetic flocculation devices utilize a weak magnetic homogeneous or inhomogeneous field, with an induction of up to 0.08 T, produced either by electromagnetic winding or permanent magnets, which cause magnetic flocculation of only strongly magnetic substances such as magnetite. Selective flocculation occurs only when using inhomogeneous very weak magnetic fields up to 0.02 T, when the formed floccules of strongly magnetic substances do not enclose weakly magnetic and non-magnetic substances present in the mixture dispersed in water as a suspension. Increasing the selectivity of flocculation is achieved by mixing the suspension with a mechanical stirrer, dispersed air, or preferably in a specially designed device with tangential mash feed. The regulation consists of a cylindrical tank in which the inlet pipe is fixed in the center, with tangentially located sockets at its end. Their ends are bent tangentially to the wall of the cylindrical tank. At the height of about 250 mm from the bottom of the tank is placed on its perimeter electromagnetic winding. At its upper end, the tank is fitted with a tangentially located nipple and an overflow pipe

200 060 odcházejí nezflokuované slabě magnetické a nemagnetické částice jako sliv, zatímco zflokuované silně magnetické částice v důsledku své větší měrné hmotnosti se koncentrují u dna nádrže a jsou obdobně jako sliv vynášeny trubkou z nádrže.200 060 unbleached weak magnetic and non-magnetic particles leave as a plum, while the heavily lumped strongly magnetic particles concentrate at the bottom of the tank due to their higher specific gravity and are likewise carried by a pipe from the tank.

Dosavadní zařízení pro dělení ve vodě suspendovaných slabě magnetických a nemagnetických látek jsou založena na principu magnetické separace těchto látek v takzvaném vysokogredientním magnetickém poli, vznikajícím vložením ferromagnetických těles různého tvaru do magnetického pole o vysoké intenzitě. N_a povrchu těchto těles se indukuje silné magnetické pole s vysokým gradientem, schopné zachytit i slabě magnetické látky, zatímco nemagnetické protékají vrstvou těles - takzvanou matricí a jsou takto oddělovány. Z řady způsobů a konstrukcí magnetických separátorů, pracujících na tomto principu, je nejpokrokovějěí magnetický separátor, který je založen na'filtraci suspenze obsahující směs slabě magnetických a nemagnetických látek vrstvou vlny, tvořené vlákny ferromagnetické nerezavějící ocele, umístěné do silného magnetického homogenního pole. Při dostatečně silném magnetickém poli se vytváří řpda oblastí s vysokou intenzitou a gradientem magnetického pole ve dráze, kudy protéká separovaná suspenze, což umožňuje zachycení magnetických komponent. Magnetické pole je vytvářeno elektromagnetickým vinutím, opatřeným na svém obvodu vratným železným obvodem, což umožňuje získat velký pracovní objem pro separaci, tím i dosáhnout vysoký výkon a snížit spotřebu elektrické energie.Existing devices for separating weakly suspended magnetic and non-magnetic substances in water are based on the principle of magnetic separation of these substances in a so-called high-gradient magnetic field, resulting from the insertion of ferromagnetic bodies of various shapes into a magnetic field of high intensity. N _{and the} surface of these bodies is induced by a strong magnetic field with a high gradient can capture even weakly magnetic substances, while the nonmagnetic layer flow structures - the so-called matrix, and thus are separated. Among the many methods and designs of magnetic separators working on this principle, the most advanced is a magnetic separator, which is based on filtering a slurry containing a mixture of weakly magnetic and nonmagnetic substances through a layer of wool formed by ferromagnetic stainless steel fibers placed in a strong magnetic homogeneous field. If the magnetic field is strong enough, it generates high-intensity areas with a magnetic field gradient in the path through which the separated suspension flows, allowing the magnetic components to be captured. The magnetic field is created by an electromagnetic winding, provided with a return iron circuit on its periphery, which allows to obtain a large working volume for separation, thereby achieving high performance and reducing power consumption.

Dosavadní zařízení pro magnetickou separaci ferromagnetických suspenzí, založené na využití selektivní magnetické flokulace, mají tu nevýhodu, že neumožňují dosáhnout dostatečně silné magnetické pole, které je třeba pro flokulaci slabě magnetických látek ve velkém objemu, a tím nelze dosáhnout dostatečného výkonu zařízení. Výhodou těchto systémů je možnost pracovat v homogenním magnetickém poli, bez použití indukčních těles vytvářejících vysoký gradient magnetického pole.The prior art devices for the magnetic separation of ferromagnetic suspensions, based on the use of selective magnetic flocculation, have the disadvantage that they do not make it possible to achieve a sufficiently strong magnetic field required for flocculation of weakly magnetic substances in a large volume. The advantage of these systems is the possibility to work in a homogeneous magnetic field without the use of inductors creating a high magnetic field gradient.

Dosavadní zařízení pro magnetickou separaci suspenzí, založená na principu vytváření vysokogradientního magnetického pole, mají výhodu v možnosti vytvářet silné magnetické pole ve velkém objemu. Nevýhodou je nutnost používat indukčních těles z ferromagnetickéhó materiálu. Průtokem suspenze vzniká jednak opotřebení těchto těles, takže je nutné je periodicky vyměňovat, jednak dochází k ucpávání prostorů mezi jednotlivými indukčními tělesy nečistotami v průmyslových suspenzích jako je dřevo, plastické hmoty a zejména silně magnetický železný otěr, vznikající při mletí surovin a jejich transportu. To má za následek nutnost předběžného čištění suspenzí od těchto cizích předmětů. V případě železného otěru neexistuje dosud metoda, která by umožnila jeho úplné oddělení, károven je nutné průmyslové suspenze před vlastní separací předběžně třídit, aby se zabránilo vniknutí hruběích zrn do mezipolových prostorů separátorů a tím jeho rychlé ucpání.Existing devices for magnetic separation of suspensions, based on the principle of generating a high-gradient magnetic field, have the advantage of being able to generate a strong magnetic field in a large volume. The disadvantage is the necessity to use induction bodies made of ferromagnetic material. The slurry flow causes wear of these bodies, so that they need to be replaced periodically, and clogging of the spaces between the induction bodies with impurities in industrial suspensions such as wood, plastics and especially the strong magnetic iron abrasion resulting from grinding and transporting raw materials. This results in the need to pre-clean the suspensions from these foreign objects. In the case of iron abrasion there is not yet a method that would allow its complete separation; the industrial suspensions need to be pre-screened prior to separation to prevent coarse grains from entering the separator interspace and thus clogging it quickly.

To vře vede k nutnosti periodické výměny, nebo vyčištění matrice vyplněné indukčními tělesy, což se promítá do zvýšených nákladů, prostojů zařízení a vyšší potřeby údržby. Magnetické pole o dostatečné vysoké intenzitě a gradientu může být vytvořeno bez použití matrice v lineárním kvadrupolovém supravodivém magnetu, používaném obecně pro fokusaci atomových částic s vysokou energií, do kterého je vložena perforovaná trubka, kterou se přivádí suspenze. Tato je obklopena další neperforovanou trubkou, ve kteié se při průtoku suspenze koncentrují magnetické částice pod vlivem magnetické síly působící od středu k povrchu kvadrupolu. Tato metoda a zařízení má výhodu v tom, že není nutná žádná matrice; nevýhodou těchto zařízení je nutnost používat poměrně úzkého separačního kanálu o malém průřezu v důsledku toho, že nelze ve velkém objemu vytvořit.dostatečný gradient magnetického pole. To má za následek, že tyto systémy nedosahují vysokých výkonů.This leads to the need for periodic replacement or cleaning of the matrix filled with induction bodies, which translates into increased costs, equipment downtime and increased maintenance needs. A magnetic field of sufficiently high intensity and gradient can be created without the use of a matrix in a linear quadrupole superconducting magnet, used generally for the focusing of high energy atomic particles, into which a perforated tube is introduced to feed the suspension. This is surrounded by another non-perforated tube in which the magnetic particles are concentrated under the influence of the magnetic force acting from the center to the quadrupol surface as the suspension flows. This method and apparatus has the advantage that no matrix is required; a disadvantage of these devices is the need to use a relatively narrow separation channel of small cross-section due to the fact that a large magnetic field gradient cannot be created in large volumes. As a result, these systems do not perform well.

Výěe uvedené nedostatky odstraňuje zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ve středu elektromagnetického vinutí je rozdružovací prostor, který je vymezen rozdružovací nádobou procházející středem elektromagnetického vinutí a horní část této rozdružovací nádoby, vyčnívající nad uvedené vinutí, je ukončena sběrnou vanou, zatímco dolní část, vyčnívající pod uvedené vinutí, má kuželovitý tvar ukončený výpostní tryskou, přičemž jsou kuželové stěny spojeny s vibrátory a s přívody vody ústícími u roštu, déle zasahuje shora do rozdružovací nádoby přívodní trubka ústící ve spodní polovině tohoto prostoru, a kromě toho je vnější povrch elektromagnetického vinutí uzavřen pláštěm tvoří* cím vratný obvod, přičemž má tento plášt v místech rozdrúžovacího prostoru tvar roštu.The aforementioned drawbacks are eliminated by the device according to the invention, characterized in that in the center of the electromagnetic winding there is a separating space which is defined by a separating vessel passing through the center of the electromagnetic winding and the upper part of this separating vessel the lower part protruding below said winding has a conical shape terminated by a discharge nozzle, where the conical walls are connected to the vibrators and the water inlets opening at the grate, extending from above into the separating vessel the inlet pipe opening in the lower half of this space, The electromagnetic winding is closed by a casing forming a return circuit, the casing having the shape of a grid at the locations of the scattering space.

Zařízení, využívajíoí efektu selektivní'magnetické flokulaoe pro magnetickou separaci slabě magnetických látek od nemagne tic kých,· má výhodu v tom, že nepoužívá matric, takže se nemohou vyskytneat nevýhody s těmito matricemi spojené, j,ako jejich opotřebení a výměna, nebo jejich ucpání a čištění. V suspenzi obsažené silně magnetické, ferromagnetické částice dokonce zlepšují proces flokulace tím, že vytvářejí centra, na kterých začíná přednostně proces magnetické flokulace slabě magnetických částic, protože vytvářejí vlastně pohyblivou řídkou matrici svým rozptýlením v suspenzi. Zařízení je výrobně jednoduché, nemá žádné pohyblivé součásti a jeho výkon je srovnatelný s dosavadními špičkovými zařízeními. Magnetické systémy na principu kvadrupolových supravodivých vinutí sice pracují rovněž bez matrice, ale s nehomogenním magnetickým polem o vysokém gradientu, což umožňuje separovat jen v relativně úzkém kanálu v nejbližším okolí supravodivého vinutí. Výhodou nového zařízení je možno pracovat s homogenním magnetickým polem, tedy v celém objemu magnetického pole vytvářeného magnetickým systémem a tím dosahovat podstatně vyšších výkonů. Nové zařízení nemá žádné pohyblivé součásti a je konstrukčně jednoduché a mimo zdroje stejnosměrného proudu pro napájení elektromagnetického vinutí nevyžaduje žádnou další elektrickou energii mimo zcela nepatrné spotřeby elektrické energie pro činnost vibračního zařízení.Apparatus utilizing the effect of selective magnetic flocculation for the magnetic separation of weakly magnetic substances from non-magnetic ones has the advantage that they do not use matrices, so that the disadvantages associated with such matrices, such as wear and exchange or clogging, cannot occur. and cleaning. The strongly magnetic, ferromagnetic particles contained in the suspension even improve the flocculation process by creating centers at which the magnetic flocculation process of the weakly magnetic particles starts, since they form a truly movable thin matrix by dispersing them in the suspension. The equipment is simple to manufacture, has no moving parts and its performance is comparable to the state-of-the-art equipment. Magnetic systems based on the principle of quadrupole superconducting windings also work without a matrix, but with an inhomogeneous magnetic field with a high gradient, which makes it possible to separate only in a relatively narrow channel in the vicinity of the superconducting winding. The advantage of the new device is that it is possible to work with a homogeneous magnetic field, ie in the whole volume of the magnetic field created by the magnetic system and thus achieve significantly higher outputs. The new device has no moving parts and is structurally simple and requires no extra electrical power outside the DC power supply to supply the electromagnetic winding except for the very low power consumption for the operation of the vibration device.

Na. připojených výkresech je znázorněn příklad provedení zařízení na separaci slabě magnetických látek selektivní magnetickou flokulací podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněno toto zařízení nakreslená v řezu rovinou A-A, na obr. 2 pak v půdorysném pohledu vrchní část vratného obvodu v řezu rovinou B-B. Zařízení pro separaci slabě magnetických ♦· látek selektivní magnetickou flokulací má v podstatě tři hlavní části : magnetický systém, rozdružovací nádobu, vibrační a promývací zařízení. Zmíněný magnetický systém tvoří vodorovně uložené elektromagnetické vinutí 1 kruhového průřezu, zcela zvnějšku uzavřené vratným obvodem z desek z měkkého železa : po jedné horní 2 a spodní 2a a jedné boční 2b.čímž se vytváří válcový pracovní prostor 2 s vnitřním magnetickým polem. Horní železná deska 2 je v úseku rozdružovacího prostoru 3 opatřena průchozím roštem 4 z měkkého železa. Průchozí rošt 4 je ve svém středu opatřen kruhovým výřezem 5., kterým je prosunuta přívodní trubka 6 ústící do spodní části rozdružovacího prostoru 2· Spodní železná deska 2a je opatřena stejným průchozím roštem 4a jako horní deska 2, avěak bez kruhového výřezu 5. Rozdružovací nádoba je složena ze tří částí s horní 7, střední 7a a spodní 7b kruhového průřezu, zhotovených z nemagnetického materiálu. Horní část 7 rozdružovací nádoby je opatřena na jejím vrchním okraji sběrnou vanou 8, jejíž dno má spád k výtokovému otvoru £.On. The accompanying drawings show an exemplary embodiment of a device for separating weakly magnetic substances by selective magnetic flocculation according to the invention, in which Fig. 1 shows the device drawn in section A-A, Fig. 2 shows a plan view of the upper part of the return circuit in section B-B. The device for separating weakly magnetic substances by selective magnetic flocculation has basically three main parts: a magnetic system, a separating vessel, a vibration and a washing device. Said magnetic system comprises a horizontally mounted electromagnetic winding 1 of circular cross-section, completely externally closed by a return circuit of soft iron plates: one upper 2 and one lower 2a and one side 2b, thereby forming a cylindrical working space 2 with an internal magnetic field. The upper iron plate 2 is provided with a soft-iron grate 4 in the section of the separating space 3. The grate 4 has a circular cutout 5 in its center, through which the inlet pipe 6 extends into the lower part of the separating space 2. It consists of three parts with an upper 7, a central 7a and a lower 7b of circular cross section, made of a non-magnetic material. The upper part 7 of the separating vessel is provided at its upper edge with a collecting pan 8, the bottom of which has a slope towards the outlet opening 8.

Horní část 7 rozdružovací nádoby je vodotěsně připevněna šrouby 10 na horní železnou desku 2.The upper part 7 of the separating vessel is watertightly fixed by screws 10 to the upper iron plate 2.

Střední část 7a rozdružovací nádoby je prosunuta elektromagnetickým vinutím a vodotěsně spojena s oběma železnými deskami 2, 2a.The central part 7a of the separating vessel is pushed through the electromagnetic winding and waterproofed to the two iron plates 2, 2a.

Spodní část 7b rozdružovací nádoby je konicky zúžena a svou horní Částí vodotěsně připojena ke spodní železné desce 2a ěrouby 10. 4_a kuželových stěnách spodní části 7b je instalován přívod vody 11 a neopatřený kohouty 12 a 12a. Přívod vody 11, 11a ústí až ke spodní hraně průchozího roštu 4a. V nejnižěím místě spodní části 7b rozdružovací nádoby jsou zvnějšku upevněny vibrátory 13 a 13a. Spodní část 7b rozdružovací nádoby je ukončena výtokovou regulovatelnou tryskou 15. Celé zařízení je upevněno na společném nosném rámu li·The lower part 7b of the separating vessel is conically tapered and its upper part is waterproof connected to the lower iron plate 2a of the screw 10.4 _and a water supply 11 and unattached taps 12 and 12a are installed on the conical walls of the lower part 7b. The water inlet 11, 11a opens up to the lower edge of the grate 4a. Vibrators 13 and 13a are mounted externally at the lowest point of the bottom of the separating vessel 7b. The bottom part 7b of the separating vessel is terminated by an adjustable outlet nozzle 15. The whole device is mounted on a common support frame.

Zařízení pro separaci slabě magnetických látek selektivní magnetickou flokulací podle vynálezu pracuje takto s Jemně rozemletá surovina se ve formě suspendovaného rmutu přivádí přívodní trubkou 6 do rozdružovacího prostoru 2· Vlivem silného magnetického pole vytvářeného magnetickým systémem, tvořeným elektromagnetickým vinutím 1 a deskami z měkkého železa 2, 2a, 2b a průchozími rošty 4., 4a z měkkého železa dochází v rozdružovacím prostoru £ k^e vzniku agregátů a flokulí slabě magnetických a silně magnetických částic. Tyto agregáty a flokule v důsledku své vyšří měrné hmotnosti sedimentují a propadávají průchozím roštem 4a, zatímco nemagnetické nezflokulované částice jsou vzestupným proudem suspenze, který se vytváří mezi stěnami střední a horní části 7a, 7 rozdružovací nádoby a stěnami přívodní trubky 6, unášeny vzhůru, kde přepadají do sběrné vany 8 a odtékají výtokovým otvorem 9. Selektivitu flokulace je možné ovlivňovat jednak regulací vzestupného proudění v rozdružovacím prostoru 2 množstvím přiváděné suspenze přívodní trubkou 6 a přídavkem ' spodní vody z přívodu 11 a 11a a také vibračním zařízením 13 a 13a. které rozechvívá v ’ stěny spodní části 7b rozdružovací nádoby a vzniklé kmity uvolňují z agregátů a flokulí mechanicky do nich stržené nemagnetické částice. Magnetické částice odcházejí ze zařízení výtokovou tryskou 15 s regulovatelnou velikostí výpustního otvoru, kterou je možno rovněž ovlivňovat rychlost proudění vzestupného proudu suspenze.The finely ground raw material in the form of suspended mash is fed through the feed tube 6 to the separating space 2 due to the strong magnetic field produced by the magnetic system consisting of the electromagnetic winding 1 and the soft iron plates 2, 2a, 2b and through fourth grids 4a soft iron occurs in the separator chamber ^e £ to form aggregates and flocs magnetic weakly and strongly magnetic particles. These aggregates and floccules, due to their higher specific gravity, sediment and fall through the grate 4a, while the non-magnetic non-flocculated particles are carried upwardly by the upward slurry stream formed between the walls of the center and upper portions 7a, 7 of the separator vessel. The selectivity of the flocculation can be influenced both by the regulation of the upward flow in the separating space 2 by the amount of the suspension supplied by the inlet pipe 6 and by the addition of the ground water from the inlets 11 and 11a as well as by the vibrating device 13 and 13a. which vibrates in the walls of the bottom part of the separating vessel 7b and the resulting oscillations release mechanically entrained non-magnetic particles from the aggregates and floccules. The magnetic particles leave the device via an outlet nozzle 15 with an adjustable outlet orifice size, which can also be influenced by the flow rate of the ascending suspension stream.

Nařízení pro separaci slabě magnetických látek selektivní magnetickou flokukací podle vynálezu lze použít pro dělení směsí slabě magnetických, například peramagnetických, feromagnetických, antuferomagnetických látek od nemagnetických, nacházejícími se ve vodní suspenzi, a to i za přítomnosti dalších cizích předmětů obsažených v průmyslových suspenzích. kařízení je zvlášt vhodné pro separaci kalových frakcí, vznikajících při úpravě r.ud, zejména železných a různých odpadních produktů, obsahujících cenné slabě magnetické kompo5 nenty. Využití celého provozního objemu, v němž se vytvoří magnetické pole, a relativně vysoká rychlost procesu, umožňuje dosažení vysokých výkonů na jednotku magnetizovaného objemu.The selective magnetic flocculation separation method of the present invention may be used to separate mixtures of weakly magnetic, e.g., peramagnetic, ferromagnetic, anthropheromagnetic, non-magnetic compounds present in an aqueous suspension, even in the presence of other foreign objects contained in industrial suspensions. The apparatus is particularly suitable for the separation of sludge fractions resulting from the treatment of rud, in particular ferrous and various waste products, containing valuable weak magnetic components. The utilization of the entire operating volume, in which the magnetic field is generated, and the relatively high speed of the process, allows to achieve high outputs per unit of magnetized volume.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Apparatus for separating weakly magnetic substances by selective magnetic flocculation under the action of a strong magnetic field, comprising an electromagnetic winding in the center of which is a separating space, characterized in that the separating space (3) is delimited by a separating vessel passing through the center of the electromagnetic winding (1); (7) of this separating vessel protruding above the electromagnetic windings (1) is terminated by a collecting pan (8), while the lower portion (7b) protruding below the electromagnetic winding (1) has a conical shape terminated by a discharge nozzle (15), the conical walls connected to the vibrators (13, 13a) and the water inlets (11, 11a) opening at the grate (4a), further extending from above into the separating vessel (3) the inlet pipe (6) opening in the lower half of this space (3); and in addition, the entire external surface of the electromagnetic winding (1) is enclosed by a sheath forming a reversible The sheath (4, 4a) has the shape of a grate (4, 4a) at the locations of the separating space (3).