DE102010023130B4

DE102010023130B4 - Wanderfeldreaktor und Verfahren zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102010023130B4
Application number: DE102010023130A
Authority: DE
Inventors: Dr. Danov Vladimir; Dr. Gromoll Bernd; Dr. Hartmann Werner; Andreas Schröter
Original assignee: BASF SE; Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: DE102010023130A1; US20130087505A1; PE20130962A1; BR112012031237A2; AU2011264034A1; RU2513808C1; CN102939165A; AU2011264034B2; WO2011154204A1; CL2012003289A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wanderfeldreaktor (1) und auf ein Verfahren zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit (5) unter Verwendung des Wanderfeldreaktors (1). Der Wanderfeldreaktor (1) umfasst einen rohrförmigen Reaktor (2), an dessen äußerem Umfang wenigstens ein Magnet (3) zur Erzeugung eines Wanderfeldes angeordnet ist und dessen Innenraum (4) von der Flüssigkeit (5) durchströmt wird. Im Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) ist ein Verdrängungskörper (6) angeordnet, der Flüssigkeit (12) in den Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) einleitet, welche sich mit der im Reaktor (2) strömenden Flüssigkeit (5) mischt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wanderfeldreaktor und auf ein Verfahren zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit unter Verwendung des Wanderfeldreaktors. Der Wanderfeldreaktor umfasst einen rohrförmigen Reaktor, an dessen äußerem Umfang wenigstens ein Magnet zur Erzeugung eines Wanderfeldes angeordnet ist und dessen Innenraum von der Flüssigkeit durchströmbar ist. Im Innenraum des rohrförmigen Reaktors ist ein Verdrängungskörper angeordnet.
Wanderfeldreaktoren, wie sie z. B. aus der WO 2010/031613 A1 bekannt sind, werden verwendet zur Trennung magnetisierbarer Partikel oder magnetischer Partikel von einer Flüssigkeit. Im Weiteren werden unter dem Begriff magnetisierbare Partikel auch magnetische Partikel verstanden, welche schon magnetisiert sind. Magnetisierbare Partikel entstehen z. B. bei der Erzverarbeitung, wenn das Eisenerzgestein z. B. klein gemahlen wird. Zur Separation des zu gewinnenden Metalls, z. B. Magnetit (Fe₃O₄), vom restlichen Material, z. B. Sand, wird das gemahlene Gestein mit Wasser oder Öl gemischt. In Wanderfeldreaktoren werden dann magnetisierbare Partikel von dem Gemisch getrennt, unter Ausnutzung der Magnetisierung und der gerichteten Bewegung der Partikel in Magnetfeldern.
Vorgefertigte magnetisierbare Partikel können auch zum Gewinnen von Verbindungen aus Erzen verwendet werden, indem z. B. chemisch funktionalisierte oder physikalisch aktivierte magnetisierbare Partikel eingesetzt werden. Die zu gewinnenden Komponenten in den Erzen können an die Partikel chemisch, z. B. über sulfidische Bindungen, oder physikalisch, z. B. über Coulomb-Wechselwirkung, gebunden werden. Analog können mit Hilfe magnetisierbarer Partikel auch Spurenstoffe aus einer Lösung getrennt werden, Feststoffe aus einer Suspension oder Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Phasen voneinander getrennt werden.
Bei der Abtrennung der magnetisierbaren Partikel von der Flüssigkeit wird das Gemisch durch einen rohrförmigen Reaktor gepumpt oder strömt z. B. unter Ausnutzung der Schwerkraft durch den Reaktor. Der Reaktor ist von elektromagnetischen Spulen oder Permanentmagneten umgeben, welche ein Magnetfeld im Inneren des Reaktors erzeugen. Das Magnetfeld wirkt auf die magnetisierbaren Partikel in der Flüssigkeit. Unter der Wirkung des Magnetfeldes werden die magnetisierbaren Partikel in Richtung Wandung, d. h. die Innenwand des rohrförmigen Reaktors bewegt. Die elektromagnetischen Spulen oder Permanentmagneten erzeugen entlang der Längsrichtung des rohrförmigen Reaktors ein Wanderfeld, d. h. das Magnetfeld ändert seine Amplitude derart, dass entlang der Längsrichtung bzw. in Richtung der Flüssigkeitsströmung wellenförmig das Magnetfeld mit seiner Amplitude zeitlich und räumlich wandert.
Durch die Wirkung des Wanderfeldes werden die an die Wandung bewegten magnetisierbaren Partikel zu Agglomeraten gesammelt und entlang der Wandung in Richtung Längsachse des Reaktors bzw. mit der Strömung bewegt. In einem Endbereich des Reaktors sind in der Wandung Absaugöffnungen angeordnet, welche gesteuert oder geregelt geöffnet und wieder verschlossen werden können. Bei geöffneten Absaugöffnungen können die Partikel aus dem Reaktor abgesaugt werden. Die restliche Flüssigkeit ohne bzw. mit stark abgereicherter Partikelkonzentration wird über einen Rohrausgang des rohrförmigen Reaktors aus dem Reaktor abgegeben bzw. abgepumpt.
Zu einer verbesserten Trennung der Flüssigkeit und der an der Wandung bewegten Partikel kann im Bereich der Absaugöffnungen eine ringförmige Trennblende angeordnet sein. Diese ist als eine Art Rohrstück mit kleinerem Außendurchmesser im Rohr des rohrförmigen Reaktors mit größerem Innendurchmesser angeordnet. Zwischen dem Trennblenden-Rohrstück und dem Reaktorrohr ist ein Spalt gebildet, welcher ausreichend groß ist um die Agglomerate von magnetisierbaren Partikeln entlang der Wandung im Bereich des Spaltes durch den Spalt bewegen zu können. Der Spalt ist klein genug, um nur so wenig wie möglich Flüssigkeit mit den entlang der Wandung bewegten magnetisierbaren Partikeln durch den Spalt strömen zu lassen. Die restliche Flüssigkeit, welche keine magnetisierbaren Partikel enthält oder zumindest eine verringerte Konzentration an magnetisierbaren Partikeln, strömt durch den inneren Bereich der Trennblende, welcher von der ringförmigen Trennblende vollständig umfasst wird, zum Rohrausgang des rohrförmigen Reaktors.
Die magnetisierbaren Partikel im Spalt können direkt über einen Spaltausgang abgegeben oder abgesaugt werden, oder Absaugöffnungen in der Wandung können verwendet werden, um die magnetisierten Partikel im Spalt gesteuert oder geregelt abzusaugen.
Um eine effektive Trennung von magnetisierbaren Partikeln und Flüssigkeit zu erreichen, müssen hohe Feldstärken der magnetischen Felder verwendet werden, um den inneren Bereich entlang des Querschnitts des rohrförmigen Reaktors mit dem magnetischen Feld vollständig durchdringen zu können. Nur so können alle oder zumindest ein Großteil der magnetisierbaren Partikel an die Wandung des Reaktors bewegt werden.
Eine Verbesserung der Trennwirkung bei kleineren Feldern, und damit der Energieeinsparung bei Verwendung elektrischer Spulen zur Erzeugung der Magnetfelder, besteht in der Verwendung eines Verdrängungskörpers. Der Verdrängungskörper ist z. B. zylinderförmig im hohlzylinder- bzw. rohrförmigen Reaktor, bevorzugt mittig im Querschnitt gesehen, angeordnet. Die Flüssigkeit strömt im Spalt zwischen Wandung des Reaktors und Verdrängungskörper und der Strömungsquerschnitt ist von einem runden kreisförmigen auf einen runden ringförmigen Querschnitt eingeschränkt. Statt runden sind auch andere Querschnitte denkbar. Zur vollständigen Durchdringung des ringförmigen Spalts zwischen Verdrängungskörper und Wandung des rohrförmigen Reaktors, in welchem die Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln strömt, mit dem Magnetfeld sind geringere Magnetfeldstärken notwendig, als für die vollständige Durchdringung des rohrförmigen Reaktors ohne Verdrängungskörper.
Der zuvor beschriebene Wanderfeldreaktor führt zu einer effektiven Trennung von magnetisierbaren Partikeln und Flüssigkeit. Abhängig von der Trennblendengeometrie und abhängig von der Strömungs- und Wanderfeldgeschwindigkeit erfolgt eine Aufkonzentrierung der magnetisierbaren Partikel jedoch pulsierend. Ein Wertstoffstrom, welcher die magnetisierbaren Partikel umfasst wird somit nicht kontinuierlich, sondern quasikontinuierlich, pulsierend aus dem Reaktor gewonnen.
Neben den magnetisierbaren Partikeln wird auch eine gewisse Menge Flüssigkeit gemischt mit den Partikeln abgesaugt. In dieser Flüssigkeit befinden sich Erzrückstände, das sogenannte Tailing. Um die Konzentration des Tailings weiter zu reduzieren, kann das aufkonzentrierte Gemisch Partikel-Flüssigkeit wiederholt durch Wanderfeldreaktoren gepumpt werden. Dies erhöht aber die Kosten und den Zeitaufwand, und führt zu einer Verzähflüssigung der Flüssigkeit.
Aus der DE 1 240 002 ist ferner ein Wanderfeldreaktor bekannt, bei welchem die Suspension der magnetischen Teilchen in ein Steigrohr eingeleitet und durch ein Wanderfeld um ein Rohrknie geleitet wird, so dass auf der dem Einleitungsrohr abgewandten Seite des Reaktors eine Anreicherung der magnetischen Partikel erzielt wird.
Die DE 30 13 632 C2 beschreibt einen alternativen Wanderfeldreaktor, der einen gegabelten Grundkörper aufweist. Die Gabelung wird in zwei Rohren fortgesetzt, wobei die magnetischen Partikel auf Grund des Wanderfeldes in einem der Rohre eingereichert werden, während über das andere Rohr im Wesentlichen reine Trägerflüssigkeit abgeleitet wird.
Aus der US 2 658 452 ist ferner eine elektromagnetische Pumpe zum Pumpen elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten, wie beispielsweise Quecksilber oder flüssigem Bismuth bekannt, bei welcher mittels eines rotierenden magnetischen Feldes ein Zentrifugalpumpeffekt erzeugt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Wanderfeldreaktor zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit und ein Verfahren zu dessen Verwendung anzugeben, welche eine Verdickung bzw. Verzähflüssigung verhindern und damit eine verbesserte Trennung von Partikeln und Flüssigkeit bei verringerten Kosten und Aufwand sowie erhöhter Ausbeute ermöglichen. Weiterhin ist es Aufgabe des erfindungsgemäßen Wanderfeldreaktors und Verfahrens einen kontinuierlichen Wertstoffstrom aus dem Reaktor zu gewinnen.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Wanderfeldreaktors zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit mit einem Wanderfeldreaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wanderfeldreaktors zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit und des Verfahrens zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit mit einem Wanderfeldreaktor gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Unteransprüche und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden.
Der erfindungsgemäße Wanderfeldreaktor zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit umfasst einen rohrförmigen Reaktor, an dessen äußerem Umfang wenigstens ein Magnet zur Erzeugung eines Wanderfeldes angeordnet ist. Der Innenraum des rohrförmigen Reaktors ist von der Flüssigkeit durchströmbar und es ist im Innenraum ein Verdrängungskörper angeordnet. Der Verdrängungskörper ist ausgebildet, Flüssigkeit in den Innenraum des rohrförmigen Reaktors einzuleiten.
Die Flüssigkeit, welche durch den Verdrängungskörper in den Innenraum des rohrförmigen Reaktors geleitet wird, führt zu einer Verdünnung der Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln im Reaktor. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Flüssigkeit kann der Flüssigkeitsstrom mit magnetisierbaren Partikeln, welcher dem Reaktor entnommen wird bzw. abgepumpt wird, von pulsartiger auf kontinuierlichere Strömung geändert werden. Die Verdünnung der Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln kann z. B. mit reinem Wasser oder reinem Öl erfolgen, je nachdem ob die Ausgangsflüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln Wasser oder Öl beinhaltet. Das verdünnte Gemisch kann einem weiteren Reaktor zugeführt werden und durch die Verdünnung bleibt das Gemisch besser flüssig und lässt sich einfacher verarbeiten und weiter aufkonzentrieren bzw. reinigen. Mit jedem weiteren Durchgang durch einen Wanderfeldreaktor wird Tailing entfernt und die Konzentration und Reinheit an gewünschten Wertstoff-Partikeln oder an Partikeln gebundenem Wertstoff nimmt zu. Dadurch wird die Ausbeute an zu gewinnendem Wertstoff erhöht.
Die Verdünnung mit Flüssigkeit aus dem Verdrängungskörper erhöht somit die Verarbeitbarkeit des Wertstoffes aus dem Reaktor, bei wiederholtem Durchlauf erhöht die verbesserte Viskosität der Flüssigkeit und die durch die Verdünnung verringerte Partikeldichte die Partikelbeweglichkeit. Damit können in einem weiteren Durchgang durch einen Reaktor besser magnetisierbare Partikel an die Wandung bewegt werden im Magnetfeld und somit besser von der Flüssigkeit mit Tailing getrennt werden. Durch die bessere Trennung sind weniger Durchläufe notwendig, um eine gewünschte Aufkonzentrierung der Partikel und Reinigung von Tailing zu erreichen. Dies spart Kosten, Aufwand und erhöht die Ausbeute.
Um Flüssigkeit über den Verdrängungskörper dem Reaktor zuführen zu können, ist der Verdrängungskörper als Rohrleitung ausgebildet. Die Rohrleitung ist von Flüssigkeit durchströmbar und an einem Ende der Rohrleitung im Innenraum des rohrförmigen Reaktors ist wenigstens eine Öffnung zum Einleiten der Flüssigkeit in den Innenraum des rohrförmigen Reaktors angeordnet. Dadurch ist eine Zugabe der Flüssigkeit aus dem Verdrängungskörper zur Strömung der Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln im rohrförmigen Reaktor in einem räumlichen Bereich möglich, in welchem die magnetisierbaren Partikel schon als Agglomerate an der Wandung durch das magnetische Wanderfeld zusammengefasst sind. Die Zugabe von Flüssigkeit und damit Veränderung von Strömungsverhältnissen, bis hin zur Bildung von Wirbeln, stört so nicht den Prozess der Bewegung der magnetisierbaren Partikel in Richtung Wandung und die Agglomeration.
Eine gute Abgabe der Flüssigkeit aus dem Verdrängungskörper in den rohrförmigen Reaktor, mit steuer- oder regelbarer oder vorbestimmbarer Strömungsform ist gegeben, wenn die wenigstens eine Öffnung in Form einer Düse ausgebildet ist. So lässt sich die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsstrom mit magnetisierbaren Partikeln „spritzen” bzw. gezielt einbringen, und die resultierende Strömung sowie die Mischung der Strömungen kann günstig beeinflusst werden.
An dem einen Ende des Verdrängungskörpers ist im Innenraum des rohrförmigen Reaktors eine Trennblende angeordnet. Diese kann eine verbesserte Trennung von magnetisierbaren Partikeln, bewegbar entlang einer Wandung des rohrförmigen Reaktors, von Flüssigkeit im Innenraum des Reaktors entfernt von der Wandung ergeben. Die magnetisierbaren Partikel mit geringer Menge an Flüssigkeit, im Weiteren auch Restflüssigkeit genannt, können so entlang des Spaltes zwischen Trennblende und rohrförmigen Reaktor bewegt werden. Der Hauptstrom an Flüssigkeit, welcher keine oder nur wenige magnetisierbare Partikel enthält, flieht nicht durch den Spalt sondern mittig durch die Trennblende. Durch die Trennblende wird somit der Partikelstrom mit Restflüssigkeit vom Hauptstrom ohne bzw. mit wenigen magnetisierbaren Partikeln abgetrennt. Ein Absaugen der magnetisierten Partikel durch Absaugöffnungen in der Wandung des Reaktors kann entfallen. Der technische Aufwand wird verringert. Selbst bei Verwendung von Absaugöffnungen wird nur die Restflüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln abgesaugt und nicht der Hauptstrom an Flüssigkeit, wodurch in diesem Fall eine bessere Abtrennung der magnetisierbaren Partikel von der Flüssigkeit (Hauptstrom) erfolgt.
Die wenigstens eine Öffnung zum Einleiten der Flüssigkeit in den Innenraum des rohrförmigen Reaktors ist in der Trennblende angeordnet. Dadurch wird nicht der Hauptstrom an Flüssigkeit, welcher den Rektor verlässt verdünnt, sondern nur der Teil Restflüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln, welcher sich zwischen Blende und Wandung des rohrförmigen Reaktors befindet.
Die Trennblende ist in Form eines Hohlzylinders bzw. Rings ausgebildet, mit Stegen zwischen dem einen Ende des Verdrängungskörpers im Innenraum des rohrförmigen Reaktors und der Trennblende. Die Stege sind rohrförmig sein und verbinden den Verdrängungskörper und die Trennblende fluidisch miteinander. Dadurch kann die Hauptflüssigkeit ohne bzw. mit stark reduzierter Konzentration an magnetisierbaren Partikeln zwischen den Stegen, innerhalb bzw. von der Trennblende umfasst, strömen und den Reaktor verlassen, ohne erneut mit der Restflüssigkeit und den magnetisierbaren Partikeln vermischt zu werden. Die Restflüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln kann direkt über den Spalt zwischen Trennblende und Wandung des Reaktors den Reaktor verlassen oder über Öffnungen in der Wandung abgepumpt werden, ohne erneut mit dem Hauptstrom in Verbindung zu treten.
Die Form eines Hohlzylinders der Trennblende ergibt günstige Strömungsverhältnisse der Flüssigkeiten im Bereich der Trennblende. Die hohlzylindrische Form mit einer Längsachse parallel der Strömungsrichtung der Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln vor der Blende, bietet einen geringen Strömungswiderstand bei Eintritt der Flüssigkeit in der Bereich der Blende, und ermöglicht so eine verringerte Pumpleistung.
Die Trennblende und der Verdrängungskörper können aus einem homogenen Körper ausgebildet sein. Dies führt zu einem besonders mechanisch stabilen Aufbau. Bevorzugt wird als Material für den Verdrängungskörper und die Trennblende ein nicht magnetisches Material gewählt. Als Material kann z. B. Plastik verwendet werden. Dadurch haften die magnetisierbaren Partikel nicht an der Trennblende und dem Verdrängungskörper, und die Trennung wird nicht behindert oder die Magnetfelder für die Bewegung der magnetisierbaren Partikel nicht gestört.
Der rohrförmige Reaktor und/oder der Verdrängungskörper können hohlzylinderförmig ausgebildet sein, mit einer kreisrunden Querschnittsfläche. Dies ergibt einen besonders einfachen Aufbau und günstige Strömungsverhältnisse durch den Reaktor, ohne großen Strömungswiderstand, bei hoher mechanischer Stabilität.
Die wenigstens eine Öffnung kann auf einem Kreisumfang angeordnet sein. In der Regel wird statt einer Öffnung eine Mehrzahl von Öffnungen verwendet, um in allen Bereichen des Spaltes zwischen Wandung des Reaktors und Blende Flüssigkeit über den Stützkörper einbringen zu können. Eine günstige Ausführungsform sieht vor, dass sechs Öffnungen auf dem Kreisumfang angeordnet sind, an den Schnittpunkten des Kreisumfangs mit einem Strahlenpaar ausgehend vom Mittelpunkt des Kreises, wobei das Strahlenpaar jeweils einen Winkel von 60°, 120°, 180°, 240° und 300° einschließt. Die Öffnungen liegen in der Regel direkt am Ende der Stützen. Es ergibt sich ein Aufbau analog einem Wagenrad mit Speichen, wobei an den Enden der Speichen die Austrittsöffnungen sind.
Als Flüssigkeit kann unter anderem Wasser und/oder Öl verwendet werden, sowohl für die Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln als auch für die zugemischte Flüssigkeit über den Verdrängungskörper. Vorteilhaft wird bei Verwendung von Wasser für die Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln (und Tailing) als zugemischte Flüssigkeit ebenfalls Wasser, aber reines Wasser verwendet. Bei Verwendung von Ölen für die Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln (und Tailing) wird als zugemischte Flüssigkeit bevorzugt ebenfalls Öl, aber reines Öl verwendet. Die Flüssigkeiten können Wasser oder Öl aber auch nur als eine Komponente enthalten.
Der wenigstens eine Magnet zur Erzeugung eines Wanderfeldes, welcher am äußerem Umfang des rohrförmigen Reaktors angeordnet ist, kann einen Elektromagneten und/oder einen Permanentmagneten umfassen. Über einen Elektromagneten, welcher z. B. aus Spulen aufgebaut ist, lässt sich einfach und gut steuerbar ein magnetisches Wanderfeld erzeugen. Alternativ oder zusätzlich können auch Permanentmagnete verwendet werden, wobei zur Erzeugung eines Wanderfeldes die Permanentmagnete entlang des rohrförmigen Reaktors bewegt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit mit einem zuvor beschriebenen Wanderfeldreaktor umfasst die Schritte, dass eine zweite Flüssigkeit, insbesondere Wasser, durch einen rohrförmigen Verdrängungskörper in den Innenraum eines rohrförmigen Reaktors geleitet wird. Der rohrförmige Reaktor wird von einer ersten Flüssigkeit, insbesondere einer Suspension aus magnetisierbaren Partikeln und Wasser, durchströmt.
Die erste Flüssigkeit strömt in einem Zwischenraum zwischen dem Verdrängungskörper und einer Wandung des rohrförmigen Reaktors im Innenraum des rohrförmigen Reaktors entlang einer Längsachse des rohrförmigen Reaktors und die zweite Flüssigkeit strömt vom Innenraum des rohrförmigen Verdrängungskörpers über rohrförmige Stege an einem Ende des rohrförmigen Verdrängungskörpers zu wenigstens einer Öffnung, insbesondere zu sechs düsenförmigen Öffnungen, in einer Trennblende zwischen Verdrängungskörper und rohrförmigem Reaktor. Dabei mischen sich die erste und die zweite Flüssigkeit in einem Bereich zwischen Trennblende und rohrförmigen Reaktor, und die erste Flüssigkeit strömt zwischen den Stegen, vollständig von der Trennblende umfasst.
Die Strömung der ersten Flüssigkeit und die Strömung der zweiten Flüssigkeit können im Bereich der Öffnungen im Winkel von im Wesentlichen 90° aufeinandertreffen. Dabei wird eine besonders gute Durchmischung erreicht.
Alternativ kann die erste und die zweite Flüssigkeit im Gegenstromprinzip gemischt werden. Die erste und die zweite Flüssigkeit können auch bei gleicher Strömungsrichtung gemischt werden, insbesondere bei verwirbelter Strömung.
Die mit dem Verfahren zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit mit einem Wanderfeldreaktor verbundenen Vorteile sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf den Wanderfeldreaktor beschrieben wurden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es wird in den Figuren dargestellt:
1 eine schematische Schnittdarstellung längs der Strömungsrichtung einer Flüssigkeit 5 in einem erfindungsgemäßen Wanderfeldreaktors 1,
2 einen Querschnitt des Wanderfeldreaktors 1 der
1 im Bereich der Befestigung einer Trennblende 9 an einem Verdrängungskörper 6 über Stege 11.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Wanderfeldreaktor 1 dargestellt. Der Wanderfeldreaktor 1 umfasst einen rohrförmigen Reaktor 2, welcher z. B. aus einem hohlzylindrischen Rohr aus Plastik oder anderen nichtmagnetischen Werkstoffen besteht. Am äußeren Umfang des rohrförmigen Reaktors 2 sind Magnete, z. B. Elektromagnete aus elektrischen Spulen angeordnet. Die Spulen sind entlang der Längsrichtung des Reaktors 2 benachbart zueinander entlang des äußeren Umfangs des Reaktors 2 derart angeordnet, dass sie im Inneren 4 des Reaktors 2 ein magnetisches Wanderfeld erzeugen können.
Das magnetische Wanderfeld reicht durch den gesamten von Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln 5 durchströmten Innenraum 4 des Reaktors 2 entlang des Querschnitts des Reaktors 2 im Bereich der Magnete 3. Die Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln 5 strömt mit einer Strömungsrichtung parallel zur Längsrichtung des rohrförmigen Reaktors 2 im Innenraum 4 des Reaktors 2 und durch das Magnetfeld der Magnete 3 wird eine Kraft auf die magnetisierbaren Partikel ausgeübt, welche diese in Richtung innerer Wandung 10 des Reaktors 2 bewegen. Durch Ausgestaltung des Magnetfeldes als Wanderfeld werden die magnetisierbaren Partikel entlang der Wandung 10 bewegt, in Strömungsrichtung 5. Je nach Ausgestaltung des Wanderfeldes können die magnetisierbaren Partikel bei Bedarf durch das Wanderfeld auch entgegengesetzt der Strömungsrichtung 5 bewegt werden. Als magnetisches Wanderfeld ist im Weiteren ein Magnetfeld anzusehen, dessen Amplitude analog einer Welle entlang der Längsrichtung des rohrförmigen Reaktors 2 mit der Zeit „wandert” bzw. räumlich verändert, d. h. bewegt wird.
Mittig im Innenraum 4 des rohrförmigen Reaktors 2, mit einer Längsachse parallel oder deckungsgleich der Längsachse des rohrförmigen Reaktors, ist ein Verdrängungskörper 6 angeordnet. Der Verdrängungskörper 6 verdrängt Flüssigkeit und sorgt dadurch dafür, dass der der Flüssigkeit zur Verfügung stehende Raum 4 verkleinert ist. Für eine vollständige Durchdringung des verkleinerten Raums 4 vom Magnetfeld sind kleinere Magnete 3 notwendig bzw. kleinere Stromstärken bei Verwendung von Elektromagneten. Dies spart Aufwand, Material und/oder Energie.
Der Verdrängungskörper 6 ist analog dem rohrförmigen Reaktor 2 als ein hohlzylinderförmiges Rohr ausgelegt, jedoch mit einem kleineren Außenumfang als dem Innenumfang des rohrförmigen Reaktors 2. Zwischen Außenumfang des Verdrängungskörpers 6 und Innenumfang des rohrförmigen Reaktors 2 ist ein Spalt bzw. der Innenraum 4 gebildet, in welchem die Flüssigkeit mit magnetisierbaren Partikeln 5, d. h. die erste Flüssigkeit strömt. Im Inneren des hohlzylindrischen Rohres des Verdrängungskörpers 6, d. h. im Inneren des Verdrängungskörpers 6, fließt eine zweite Flüssigkeit 12.
Ist die erste Flüssigkeit 5 aus einem fein gemahlenem Eisenerz mit Wasser aufgeschlemmt hergestellt, dann kann als zweite Flüssigkeit Wasser, insbesondere reines Wasser verwendet werden. Die magnetisierbaren Partikel sind in diesem Fall Magnetit-Partikel, welche in einem äußeren Magnetfeld magnetisiert werden. Zusätzlich sind Sandteile in dem aufgeschlemmten Gemisch enthalten. Wird Öl zum Aufschlemmen verwendet, so kann Öl, insbesondere reines Öl als zweite Flüssigkeit verwendet werden. Lösungsmittel als Flüssigkeitsbestandteile oder Gemische von Flüssigkeiten sind ebenfalls verwendbar.
Der Verdrängungskörper 6 ist an einem Ende 7 über Stege 11 mit einer Trennblende 9 verbunden. Die Trennblende 9 ist hohlzylindrisch, ringförmig ausgeführt mit einem Außenumfang des Ringes kleiner dem Innendurchmesser des rohrförmigen Reaktors 2. Die Mittelachsen der ring- oder rohrförmigen Trennblende 9 und des rohrförmigen Reaktors 2 können parallel oder bevorzugt identisch sein. Dadurch bietet die Trennblende 9 einen geringen Strömungswiderstand gegenüber der Strömung der ersten Flüssigkeit 5. Zwischen der Wandung 10, d. h. der Innenwand des rohrförmigen Reaktors 2, und der äußeren Umfangsfläche der ringförmigen Trennblende 9 ist ein schmaler durchgängiger Spalt gebildet, durch welchen die an der Wandung 10 durch das Wanderfeld bewegten magnetisierbaren Partikel mit einer kleinen Menge erster Flüssigkeit 5 bewegt bzw. geströmt werden. Der Hauptteil der ersten Flüssigkeit 5, welcher keine oder nur eine geringe Menge an magnetisierbaren Partikeln enthält, strömt durch den Innendurchmesser der Tennblende 9.
Die magnetisierbaren Partikel in der ersten Flüssigkeit 5 sind im Bereich des rohförmigen Reaktors vor der Trennblende 9 durch das Magnetfeld an der Wandung 10 gesammelt und so im Mittleren Bereich, entfernt von der Wandung 10 abgereichert bzw. vollständig entfernt worden. Durch die Trennblende 9 wird „mechanisch” der Hauptteil der ersten Flüssigkeit 5, welcher keine oder nur noch wenige magnetisierbare Partikel enthält, von den an der Wandung 10 gesammelten magnetisierbaren Partikel mit Restflüssigkeit 5 abgetrennt. In einem Wanderfeld können die magnetisierbaren Partikel agglomeriert werden, d. h. sie sammeln sich an der Wandung 10 nicht gleichmäßig verteilt, sondern zu „Häufchen” zusammengefasst. Die „Häufchen” werden dann durch das Wanderfeld entlang der Wandung 10 zu einem Ausgang am Ende 7 des rohrförmigen Reaktors 2, getrennt vom Ausgang für den Hauptteil der Flüssigkeit 5, welche abgereichert oder ohne magnetisierbare Partikel ist, bewegt und können dort mit einem geringen Restanteil an Flüssigkeit 5 aus dem Reaktor 2 abgeführt, abgepumpt oder ausgeströmt entnommen werden. Der Hauptteil der Flüssigkeit 5 mit Tailing, welcher an Wertstoff (magnetisierbaren Partikeln) entreichert oder davon vollständig befreit ist, aber viel unerwünschte Resterz- (z. B. Sand) Bestandteile enthält, kann aus dem Reaktor 2 im mittleren Bereich, dem Innenbereich der ringförmigen Trennblende 9 entfernt, ausgeströmt bzw. abgepumpt werden.
Alternativ zu einer Entnahme der Agglomerate an magnetisierbaren Partikeln 14 mit Restanteil an Flüssigkeit 5 über einen Ausgang, können Öffnungen in der Wandung 10 des rohrförmigen Reaktors 2 angeordnet sein, welche bei Durchgang von einem Agglomerat 14 geöffnet werden können und so die Agglomerate 14 gezielt absaugen können.
Durch den erhöhten Anteil an magnetisierbaren Partikeln ist die Restflüssigkeit 5 mit magnetisierbaren Partikeln, welche durch Öffnungen oder einem Ausgang im Spalt zwischen Trennblende 9 und rohrförmigen Rektor 2 den Reaktor 2 entnommen wird, sehr dickflüssig bzw. mit hoher Viskosität behaftet. Dies kann Öffnungen oder Spaltausgänge verstopfen und zu Problemen bei der weiteren Verarbeitung führen. Erfindungsgemäß wird deshalb eine zweite Flüssigkeit, insbesondere eine reine Flüssigkeit wie reines Wasser oder Öl, in den Spalt zwischen Trennblende 9 und Wandung 10 des rohrförmigen Reaktors 2 eingepumpt, eingeleitet oder eingespritzt. Diese führt zu einer Verdünnung der Restflüssigkeit 5 mit agglomerierten magnetisierbaren Partikeln 14, verhindert ein Verstopfen der Ausgänge bzw. Entnahmeöffnungen, und erleichtert die weitere Verarbeitung der magnetisierbaren Partikel.
Die zweite Flüssigkeit zum Verdünnen kann über den Verdrängungskörper einfach zugeführt werden, da eine Zuführung über Öffnungen in der Wandung 10 des rohrförmigen Reaktors 2 zu Problemen bei der Bewegung der magnetisierbaren Partikel an der Wandung 10 führen würde. Wie in 1 gezeigt, wird die zweite Flüssigkeit über den Inneren Teil des rohrförmigen Verdrängungskörpers 6, über rohrförmige Stege 11 zu Öffnungen 8 in der Trennblende 9 geführt, geleitet bzw. gepumpt, und von den Öffnungen aus in den Spalt zwischen Trennblende 9 und Wandung 10 des rohrförmigen Reaktors 2 eingebracht. Dadurch wird die erste Flüssigkeit 5 mit magnetisierbaren Partikeln durch die zweite Flüssigkeit 12 im Bereich des Spaltes verdünnt.
In 2 ist zur besseren Veranschaulichung der Bereich des rohrförmigen Reaktors 2 mit Trennblende 9, Stegen 11 und Verdrängungskörper 6 im Querschnitt, senkrecht zum in 1 dargestellten Schnitt längs der Achse des rohrförmigen Reaktors 2 bzw. des Verdrängungskörpers 6 gezeigt.
Die ringförmige Trennblende 9 ist mechanisch stabil über die Stege 11 mit dem Verdrängungskörper 6 verbunden. Zwischen den Stegen 11 ist Raum, über welchen der Hauptteil der Flüssigkeit ohne bzw. mit stark verringerter Konzentration an magnetisierbaren Partikeln abgeleitet werden kann bzw. durch den Innenraum 4 der ringförmigen Trennblende 9 fließen bzw. strömen kann. Zwischen Trennblende 9 und Wandung 10 des rohrförmigen Reaktors 2 ist der Spalt ausgebildet, der einen Innenraum 4 bzw. einen Zwischenraum ergibt, über welchen die agglomerierten magnetisierbaren Partikel 14, welche an der Wandung 10 entlang bewegt werden, dem Reaktor 2 entnommen werden können und in welchem zweite Flüssigkeit 12 zum Verdünnen zugegeben bzw. zugemischt wird. Die zweite Flüssigkeit 12 wird über den rohrförmigen Verdrängungskörper 6, über fluidisch mit ihm verbundenen rohrförmigen Stegen 11, den Öffnungen 8 in der Trennblende 9 zugeführt, welche in Form von Düsen ausgebildet sein können. Über die Öffnungen 8 wird die zweite Flüssigkeit 12 in den Spalt zwischen Wandung 10 des rohrförmigen Reaktors 2 und Trennblende 9 gebracht. Somit verbinden die Stege 11 den Verdrängungskörper 6 mit der Trennblende 9 bzw. mit Bereichen der Öffnungen 8 in der Trennblende 9, mechanisch stabil und fluidisch. Die Trennblende 9, die Stege 11 und der Verdrängungskörper können aus einem homogenen Körper ausgebildet sein.
Wie in 1 dargestellt ist, kann die zweite Flüssigkeit 12 zum Verdünnen in einem rechten Winkel 13 zur Oberfläche der Wandung 10 bzw. der Trennblende 9 bzw. zur Strömungsrichtung 5 der ersten Flüssigkeit in den Spalt gegeben werden. Dadurch ergibt sich zum einen eine Gesamtströmung der Flüssigkeit 5, 12, welche eine gute Durchmischung der Flüssigkeiten 5 und 12 ermöglicht z. B. durch Wirbelbildung. Zum anderen ergibt sich eine Teilströmung im Spalt, welche dem Eintritt von Flüssigkeit 5 mit Tailing entgegenwirkt, wodurch eine Verbesserung der Trennung von magnetisierbaren Partikeln vom Tailing erreicht wird. Die Bewegung der magnetisierbaren Partikel wird durch die Strömung nur bedingt oder gar nicht beeinträchtigt, da sie abhängig von der Spaltbreite im Wesentlichen durch das Wanderfeld bestimmt wird.
Alternativ zu einem Winkel 13 von 90° sind auch andere Winkel denkbar. So können z. B. durch geeignete Winkelwahl Gegenströmungen oder gleichgerichtete Strömungen der Flüssigkeiten 5 und 12 erreicht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Ausführungsformen können auch untereinander kombiniert werden. Insbesondere sind als Flüssigkeiten und Partikel eine Reihe unterschiedlicher Stoffe möglich.

Claims

Wanderfeldreaktor (1) zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit (5), mit einem rohrförmigen Reaktor (2), an dessen äußerem Umfang wenigstens ein Magnet (3) zur Erzeugung eines Wanderfeldes angeordnet ist und dessen Innenraum (4) von der Flüssigkeit (5) durchströmbar ist, wobei im Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) ein Verdrängungskörper (6) angeordnet ist, wobei – der Verdrängungskörper (6) ausgebildet ist, Flüssigkeit (12) in den Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) einzuleiten; – dass der Verdrängungskörper (6) als Rohrleitung ausgebildet ist, welche von Flüssigkeit (12) durchströmbar ist und an deren einem Ende im Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) wenigstens eine Öffnung (8) zum Einleiten der Flüssigkeit (12) in den Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) angeordnet ist; – an dem einen Ende des Verdrängungskörpers (6) im Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) eine Trennblende (9) angeordnet ist, welche zur Trennung von entlang einer Wandung (10) des rohrförmigen Reaktors (2), bewegbaren magnetisierbaren Partikeln von Flüssigkeit (5) im Innenraum (4) des Reaktors (2) entfernt von der Wandung (10), ausgebildet ist; – die wenigstens eine Öffnung (8) zum Einleiten der Flüssigkeit (12) in den Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) in der Trennblende (9) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Trennblende (9) in Form eines Hohlzylinders ausgebildet ist, mit rohrförmigen Stegen (11) zwischen dem einen Ende des Verdrängungskörpers (6) im Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) und der Trennblende (9), welche den Verdrängungskörper (6) und die Trennblende (9) fluidisch miteinander verbinden.
Wanderfeldreaktor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (8) in Form einer Düse ausgebildet ist.
Wanderfeldreaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennblende (9) und der Verdrängungskörper (6) aus einem homogenen Körper ausgebildet sind.
Wanderfeldreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Reaktor (2) und/oder der Verdrängungskörper (6) hohlzylinderförmig ausgebildet sind, mit einer kreisrunden Querschnittsfläche.
Wanderfeldreaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (8) auf einem Kreisumfang angeordnet ist, insbesondere das sechs Öffnungen (8) auf dem Kreisumfang angeordnet sind, an den Schnittpunkten des Kreisumfangs mit einem Strahlenpaar ausgehend vom Mittelpunkt des Kreises, wobei das Strahlenpaar jeweils einen Winkel (13) von 60°, 120°, 180°, 240° und 300° einschließt.
Wanderfeldreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (5, 12) Wasser und/oder Öl enthält oder im Wesentlichen aus Wasser und/oder Öl besteht.
Wanderfeldreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Magnet (3) zur Erzeugung eines Wanderfeldes, welcher am äußerem Umfang des rohrförmigen Reaktors (2) angeordnet ist, einen Elektromagneten und/oder einen Permanentmagneten umfasst.
Verfahren zur Trennung magnetisierbarer Partikel von einer Flüssigkeit (5) mit einem Wanderfeldreaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zweite Flüssigkeit (12), insbesondere Wasser, durch einen rohrförmigen Verdrängungskörper (6) in den Innenraum (4) eines rohrförmigen Reaktors (2) geleitet wird, welcher von einer ersten Flüssigkeit (5), insbesondere einer Suspension aus magnetisierbaren Partikeln und Wasser, durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flüssigkeit (5) in einem Zwischenraum zwischen dem Verdrängungskörper (6) und einer Wandung (10) des rohrförmigen Reaktors (2) im Innenraum (4) des rohrförmigen Reaktors (2) entlang einer Längsachse des rohrförmigen Reaktors (2) strömt und die zweite Flüssigkeit (12) vom Innenraum (4) des rohrförmigen Verdrängungskörpers (6) über rohrförmige Stege (11) an einem Ende des rohrförmigen Verdrängungskörpers (6) zu wenigstens einer Öffnung (8), insbesondere zu 6 düsenförmigen Öffnungen (8), in einer Trennblende (9) zwischen Verdrängungskörper (6) und rohrförmigen Reaktor (2) strömt, wobei die erste und die zweite Flüssigkeit (12) sich in einem Bereich zwischen Trennblende (9) und rohrförmigen Reaktor (2) mischen, und erste Flüssigkeit (5) zwischen den Stegen (11), vollständig von der Trennblende (9) umfasst, strömt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung der ersten Flüssigkeit (5) und die Strömung der zweiten Flüssigkeit (12) im Bereich der Öffnungen (8) im Winkel (13) von im Wesentlichen 90° aufeinandertreffen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Flüssigkeit (12) im Gegenstromprinzip gemischt werden oder dass die erste (5) und die zweite Flüssigkeit (12) bei gleicher Strömungsrichtung gemischt werden, insbesondere bei verwirbelter Strömung.