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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension, mit einem von der Suspension durchströmbaren rohrförmigen Reaktor und ein Magnetfeld erzeugenden Magneten.
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Um ferromagnetische Bestandteile, die in Erzen erhalten sind, zu gewinnen, wird das Erz zu Pulver gemahlen und das erhaltene Pulver mit Wasser gemischt. Diese Suspension wird einem Magnetfeld ausgesetzt, das durch einen oder mehrere Magnete erzeugt wird, sodass die ferromagnetischen Partikel angezogen werden, wodurch diese aus der Suspension abgeschieden werden können.
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Aus der
DE 27 11 16 A ist eine Vorrichtung zum Trennen ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension bekannt, bei der eine aus Eisenstäben bestehende Trommel verwendet wird. Die Eisenstäbe werden während der Drehung der Trommel abwechselnd magnetisiert, sodass ferromagnetische Partikel an den Eisenstäben anhaften, wohingegen andere Bestandteile der Suspension zwischen den Eisenstäben herunterfallen.
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In der
DE 26 51 137 A1 wird eine Vorrichtung zur Trennung magnetischer Partikel von einem Erzmaterial beschrieben, bei der die Suspension durch ein Rohr geleitet wird, das von einer Magnetspule umgeben ist. Die ferromagnetischen Partikel sammeln sich am Rand des Rohrs an, andere Partikel werden durch ein mittleres Rohr, das sich im Inneren des Rohrs befindet, abgeschieden.
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Ein magnetischer Separator wird in der
US 4,921,597 B beschrieben. Der magnetische Separator besitzt eine Trommel, auf der eine Mehrzahl von Magneten angeordnet ist. Die Trommel wird entgegengesetzt zur Fließrichtung der Suspension gedreht, sodass ferromagnetische Partikel an der Trommel anhaften und von der Suspension getrennt werden.
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Ein Verfahren zur kontinuierlichen magnetischen Separation von Suspensionen ist aus der
WO 02/07889 A2 bekannt. Dort wird eine drehbare Trommel verwendet, in der ein Permanentmagnet befestigt ist, um ferromagnetische Partikel aus der Suspension abzuscheiden.
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Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren besteht teilweise das Problem, dass auch Sand und andere in dem gemahlenen Erz enthaltene unerwünschte Bestandteile abgeschieden werden, die an den ferromagnetischen Partikeln anhaften, weshalb die Reinheit der abgeschiedenen Fraktion der ferromagnetischen Partikel unzureichend ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension anzugeben, die in der Lage ist, ferromagnetische Partikel mit hoher Reinheit abzutrennen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Reaktor eine Trennwand aufweist, die das Innere des Reaktors in einen ersten Raum und einen zweiten Raum trennt, wobei die Magnete in und oder an der Trennwand angeordnet sind und die Trennwand wenigstens eine den ersten Raum mit dem zweiten Raum verbindende Öffnung aufweist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die ferromagnetischen Partikel durch das Magnetfeld abgeschieden werden können, indem sie unter der Einwirkung des Magnetfelds von dem ersten Raum in den zweiten Raum bewegt werden. Unter dem Einfluss des Magnetfelds werden lediglich die ferromagnetischen Partikel von ihrem Strömungsweg abgelenkt, die übrigen unerwünschten Bestandteile der Suspension strömen unbeeinflusst durch den ersten Raum und verlassen anschließend den Reaktor. Der abzutrennende Stoff kann ein Feststoff in Form einer Suspension sein, beispielsweise Magnetit Fe3O4 oder dessen Agglomerate mit einem aus dem Flüssigkeitsstrom abzutrennenden Stoff. Daneben kann es sich auch um nicht in der Flüssigkeit lösliche Flüssigkeitströpfchen handeln, die durch eine Oberflächenfunktionalisierung der magnetisierbaren Partikel an diese gebunden sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch Spurenstoffe entfernt werden, die in der Flüssigkeit gelöst enthalten sind.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Separationsvorgang automatisch und voll kontinuierlich durchgeführt werden. Die in oder an der Trennwand angeordneten Magnete üben eine Anziehungskraft auf die magnetisierbaren Partikel aus, sodass diese kontinuierlich zur Trennwand gezogen werden und sich dort ansammeln. Bei Erreichen der Öffnung passieren die ferromagnetischen Partikel die Öffnung, was durch ein entsprechendes Magnetfeld unterstützt wird, und werden in den zweiten Raum bewegt und von der Suspension getrennt.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Magnete im Bereich der Öffnung eine größere Feldstärke als benachbarte Magnete aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kommt es zur Ansammlung der ferromagnetischen Partikel im Bereich der Öffnung, von wo aus die ferromagnetischen Partikel separiert und abgeschieden werden können. Die Magnete können so angeordnet sein, dass deren Feldstärke von Magnet zu Magnet ansteigt, wobei die Magnete benachbart oder mit Abstand zueinander angeordnet sein können.
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Gemäße einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in oder an der Trennwand mehrere nebeneinander angeordnete Magnete angeordnet sind. Durch die Integration der Magnete in die Trennwand wird die Strömung nicht beeinflusst.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es bevorzugt, dass die Trennwand rohrförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die gesamte Umfangsfläche der Trennwand zum Anziehen der ferromagnetischen Partikel dienen. Die Trennwand ist dabei als Rohr ausgebildet, das in das Innere des Reaktors eingesetzt ist und den Innenraum in den ersten Raum und den zweiten Raum unterteilt.
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Um den Wirkungsgrad bei der Separation der ferromagnetischen Partikel weiter zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass im Inneren des Reaktors ein von der Trennwand umgebener Verdrängerkörper angeordnet ist. Der Verdrängerkörper bewirkt, dass die Suspension mit den darin enthaltenen ferromagnetischen Partikeln näher an der Trennwand vorbeiströmt, sodass die ferromagnetischen Partikel unter dem Einfluss des Magnetfelds kontinuierlich oder schrittweise in der Nähe der Trennwand angereichert werden, von wo aus sie zu einer Öffnung gelangen. Vorzugsweise ist die Form des Verdrängerkörpers an die Form des Reaktors angepasst, der Verdrängerkörper kann beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein.
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Um die gewünschte Konzentration der ferromagnetischen Partikel beim Durchströmen des Reaktors zu verbessern, kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass benachbarte Magnete eine von Magnet zu Magnet ansteigende Magnetfeldstärke aufweisen. Dementsprechend sammeln sich die ferromagnetischen Partikel von Magnet zu Magnet kontinuierlich im Bereich der Trennwand oder an der Trennwand an, sodass an der Öffnung ein Konzentratstrom aus dem Flüssigkeitsstrom ausgetragen wird.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Öffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als ganz oder zumindest teilweise umlaufender Spalt ausgebildet ist. Der umlaufende Spalt, der senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft, ermöglicht die Abscheidung der ferromagnetischen Partikel praktisch über den gesamten Umfang. Nach dem Durchströmen der Öffnung gelangen die ferromagnetischen Partikel in den zweiten Raum und können von dort abgeführt oder in einen Vorratsbehälter geleitet werden.
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In diesem Zusammenhang kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch vorgesehen sein, dass sie mehrere in Längsrichtung des Reaktors verteilt angeordnete Öffnungen aufweist. Die Öffnungen können somit kaskadenartig, hintereinander angeordnet sein, sodass an jeder Öffnung ferromagnetische Partikel von dem ersten Raum in den zweiten Raum gelangen können. Somit ist es möglich, die ferromagnetischen Partikel mit hoher Reinheit zu separieren bzw. die Ausbeute der ferromagnetischen Partikel zu steigern.
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Um die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erleichtern, kann es vorgesehen sein, dass die Magnete bei der Montage unmagnetisiert sind und anschließend individuell aufmagnetisiert werden. Die Magnete lassen sich im unmagnetisierten Zustand leicht montieren, anschließend kann jedem Magnet die gewünschte Magnetfeldstärke aufgeprägt werden. Dementsprechend können praktisch beliebige Verläufe des Magnetfelds erzeugt werden.
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Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Magnete als Elektromagnete ausgebildet sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Form und Größe des sich ergebenden Magnetfelds angepasst werden kann, ferner kann mittels der Elektromagnete eine Anpassung an Prozessparameter erfolgen, bei den Prozessparametern kann es sich beispielsweise um die Konzentration der ferromagnetischen Partikel in der Suspension oder die Strömungsgeschwindigkeit oder den Volumenstrom handeln.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, die Elektromagnete mit Wechselstrom anzuregen, dergestalt, dass sich ein wanderndes Magnetfeld in oder auch entgegen der Fließrichtung der Suspension ergibt. Dadurch werden u. a. auch die Magneten in der Nachbarschaft der Öffnungen immer wieder kurzzeitig abgeregt, sodass die dort angesammelten magnetischen Agglomerate leichter durch die Öffnungen abgesaugt und in den zweiten Raum transportiert werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer teilweise geschnittenen Ansicht; und
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer geschnittenen Ansicht.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst einen Reaktor 2, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgebildet ist. Über einen Einlass 3 wird dem Reaktor 2 eine Suspension zugeführt, die ferromagnetische Partikel 4 und unerwünschte Bestandteile wie Sand, Erz, usw. enthält. In der schematischen Darstellung von 1 sind beispielhaft ferromagnetische Partikel 4 in Kugelform dargestellt, nicht gezeigt sind hingegen die unerwünschten Bestandteile der Suspension. Die Suspension durchströmt den Reaktor 2 in Richtung des Pfeils 5. Im Zentrum des Reaktors 2 befindet sich ein zylindrischer Verdrängerkörper 6, sodass im Inneren des Reaktors 2 ein Ringspalt gebildet ist, durch den die Suspension strömt.
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Der Reaktor 2 weist eine Trennwand 7 auf, die das Innere des Reaktors 2 in einen ersten Raum 8 und einen zweiten Raum 9 trennt. Die Trennwand 7 ist rohrförmig ausgebildet, dementsprechend handelt es sich bei dem ersten Raum 8 und dem zweiten Raum 9 um Ringspalte mit konstantem Durchmesser.
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In die Trennwand 7 sind mehrere Magnete 10 mit Abstand zueinander eingebettet. Ebenso sind mehrere Magnete 10 jeweils in Umfangsrichtung verteilt in der Trennwand 7 angeordnet. Die Magnete 10 bilden eine Matrix von axial und in Umfangsrichtung angeordneten Magneten. Die Magnete 10 sind so gewählt, dass benachbarte Magnete 10 eine in Fließrichtung der Suspension ansteigende Magnetfeldstärke aufweisen. Die Magnetfeldstärke nimmt dabei in Längsrichtung in der Nähe von Öffnungen 11, 12 zu. Die Öffnungen 11, 12 sind als Ringspalte ausgebildet und verbinden den ersten Raum 8 mit dem zweiten Raum 9. Die im Bereich der Öffnungen 11, 12 erhöhte Magnetfeldstärke bewirkt, dass sich die ferromagnetischen Partikel in der Nähe der Öffnungen 11, 12 ansammeln und durch die Strömung von dem inneren ersten Raum 8 in den äußeren zweiten Raum 9 gelangen. Wie in 1 gezeigt ist, ist der zweite Raum 9 stromabwärts der Öffnungen 11, 12 nahezu vollständig mit Partikeln 4 gefüllt, die am unteren Ende 13 des Reaktors 2 gesammelt oder für weitere Bearbeitungsschritte bereitgestellt werden.
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Im Bereich der Öffnungen 11, 12 entsteht in dem ersten Raum 8 eine Sättigungsschicht, in der sich der Magnetfeldgradient mit zunehmender Schichtdicke kontinuierlich abschwächt. Die Abscheidung der ferromagnetischen Partikel kann durch eine nicht dargestellte Saugpumpe erleichtert werden, deren Saugseite mit dem zweiten Raum 9 verbunden ist. Die Saugpumpe erzeugt einen Unterdruck, der die ferromagnetischen Partikel aus dem zweiten Raum 9 absaugt. Der von der Pumpe erzeugte Unterdruck kann eingestellt werden, um ihn an die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension in dem Reaktor 2 und an die Konzentration der ferromagnetischen Partikel 4 in der Suspension anzupassen. Die Abscheidung der ferromagnetischen Partikel 4 erfolgt voll kontinuierlich.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension, wobei für übereinstimmende Komponenten dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet werden. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 14, die in 2 geschnitten dargestellt ist, den Reaktor 2 mit der Trennwand 7, in der Magnete 10 eingebettet sind. Die Trennwand 7 weist Öffnungen 11, 12 auf, die in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind und den ersten Raum 8 von dem zweiten Raum 9 trennen. Ein Verdrängerkörper ist bei der Vorrichtung 14 jedoch nicht vorgesehen, sodass sich auch im Zentrum des Reaktors 2 ferromagnetische Partikel 4 befinden. Durch die Wahl von Magneten 10 mit einer bestimmten Magnetfeldstärke und einer bestimmten Richtung des Magnetfelds kann ein konstanter Volumenstrom eingestellt werden, sodass sich die ferromagnetischen Partikel 4 in der Nähe der Öffnungen 11, 12 ansammeln, die Öffnungen 11, 12 passieren und aus dem zweiten Raum 9 abgesaugt werden.
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In dem Ausführungsbeispiel von 2 sind die Magnete 10 als Elektromagnete ausgebildet, die mit Wechselstrom derart angeregt werden, dass sich ein wanderndes Magnetfeld einstellt. Das wandernde Magnetfeld bewegt sich in oder alternativ auch entgegen der Fließrichtung der Suspension. Durch das wandernde Magnetfeld werden die als Elektromagnete ausgebildeten Magnete 10 in der Nähe der Öffnungen 11, 12 immer wieder kurzzeitig abgeregt, sodass die dort angesammelten magnetischen Agglomerate oder Partikel leichter durch die Öffnungen 11, 12 abgesaugt und in den zweiten Raum 9 transportiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 271116 A [0003]
- DE 2651137 A1 [0004]
- US 4921597 B [0005]
- WO 02/07889 A2 [0006]
