DE102011003825A1

DE102011003825A1 - Vorrichtung zur Abscheidung ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension

Info

Publication number: DE102011003825A1
Application number: DE102011003825A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Danov; Werner Hartmann; Michael Römheld; Andreas Schröter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-09
Also published as: AU2012216124A1; US20130313177A1; UA109303C2; WO2012107274A1; CN103459041A; CA2826667A1; RU2013141206A; EP2648848A1; RU2562629C2; BR112013020089A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension (4), mit einem von der Suspension (4) durchströmbaren rohrförmigen Reaktor (6) mit einem in Durchströmungsrichtung (8) ersten Bereich (10) und einem zweiten Bereich (12) und Mittel (14) zum Erzeugen eines Magnetfelds entlang einer Reaktorinnenwand (16) wobei der rohrförmige Reaktor (8) im zweiten Bereich (12) ein Gangartabflussrohr (18) und einen dieses umgebende Konzentratabscheidekanal (20) umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Querschnittsfläche (22) des rohrförmigen Reaktors (6) im zweiten Bereich (12) größer ist als diejenige (21) im ersten Bereich (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es gibt eine Vielzahl von technischen Aufgabenstellungen, in denen ferromagnetischen Partikel aus einer Suspension separiert werden müssen. Ein wichtiger Bereich, in dem diese Aufgabe auftritt, liegt in der Separation von ferromagnetischen Wertstoffpartikeln aus einer Suspension mit gemahlenem Erz. Hierbei handelt es sich nicht nur um Eisenpartikel, die aus einem Erz separiert werden sollen, sondern es können auch andere Wertstoffe, wie z. B. kupferhaltige Partikel, die an sich nicht ferromagnetisch sind, mit ferromagnetischen Partikeln, beispielsweise Magnetit, chemisch gekoppelt werden und so selektiv aus der Suspension mit dem Gesamterz getrennt werden. Unter Erz wird hierbei ein Gesteinsrohstoff verstanden, der Wertstoffpartikel, insbesondere Metallverbindungen, enthält, die in einem weiteren Reduktionsverfahren zu Metallen reduziert werden.
Magnetabscheideverfahren oder Magnetseparationsverfahren dienen dazu, selektiv ferromagnetische Partikel aus der Suspension herauszuziehen und diese abzuscheiden. Dabei hat sich eine Bauform von Magnetseparationsanlagen als zweckdienlich herauskristallisiert, die einen rohrförmigen Reaktor umfasst, an dem Spulen derart angeordnet sind, dass an einer Reaktorinnenwand ein Magnetfeld erzeugt wird, an dem sich die ferromagnetischen Partikel ansammeln und die von dort in einer geeigneten Art und Weise abtransportiert werden.
Dieses Magnetseparationsverfahren ist für sich betrachtet schon bereits vorteilhaft, die Güte der Abscheidung (Konzentratgüte) von Magnetpartikeln ist hierbei aber noch optimierungsbedürftig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Magnetseparationsanlage derart zu verbessern, dass die Güte der Abscheidung an ferromagnetischen Partikeln verbessert wird.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie einen rohrförmigen Reaktor umfasst, der durch eine, ferromagnetische Partikel enthaltende Suspension durchströmbar ist. Der Reaktor weist einen in Durchströmungsrichtung gesehen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf. Ferner weist der Reaktor Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes, bevorzugt Magnetspulen, auf, die entlang einer Reaktorinnenwand – bevorzugt ein entlang der Reaktorinnenwand wanderndes – Magnetfeld erzeugen. Der rohrförmige Reaktor weist in dem zweiten Bereich ein Gangartabflussrohr und einen dieses umgebenden Konzentratabscheidekanal auf. Dabei ist der Reaktor in der Art ausgestaltet, dass die Querschnittsfläche des rohrförmigen Reaktors im zweiten Bereich größer ist als im ersten Bereich.
Der rohrförmige Reaktor weitet sich also im zweiten Bereich gegenüber seiner Querschnittsfläche im ersten Bereich aus und spaltet sich gleichzeitig in das zentral im rohrförmigen Reaktor angeordnete Gangartabflussrohr auf, und in einem dieses Gangartabflussrohr umgebenden Konzentratabscheidekanal auf. Die ferromagnetischen Partikel, die an der Reaktorinnenwand durch Magnetkräfte gehalten anhaften und entlang dieser bewegt werden, werden im zweiten Bereich durch die Aufweitung des Reaktors nach außen abgeleitet, wobei der Rest der Suspension, der keine oder nur wenig ferromagnetische Partikel enthält, der auch als Gangart oder im Englischen als Tailing bezeichnet wird, in der Mitte des Reaktors in das Gangartabflussrohr abfließt.
Auf diese Weise gelangt aufgrund der Schwerkraft der größte Teil der Gangart in die Gangartabflussleitung und nicht in den Konzentratabscheidekanal, der im zweiten Bereich quasi nach außen weggeleitet wird. Hieraus resultiert, dass die Konzentratgüte, also die Ausbeute an magnetischen Partikeln, die im Konzentrat enthalten sind, erheblich größer ist als in den bisher nach dem Stand der Technik verwendeten Anordnungen.
Unter magnetischen Partikeln werden insbesondere ferromagnetische Partikel verstanden und im Weiteren auch als solche bezeichnet. Hierunter fallen insbesondere auch die einleitend genannten Verbundpartikel, die aus einer chemischen Koppelung zwischen einem ferromagnetischen Partikel und einem nichtmagnetischen Werkstoff bestehen.
Der rohrförmige Reaktor weist in der Regel einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der kreisförmige Querschnitt ist insbesondere zweckdienlich, um ein gleichmäßiges Magnetfeld bereitzustellen, und das Reaktorrohr kostengünstig herzustellen. Bei einem kreisförmigen Reaktor kann anstatt dem Begriff Querschnittsfläche auch der damit direkt korrelierende Begriff Reaktordurchmesser verwendet werden. Sollte die Querschnittsform des Reaktors von der Kreisform abweichen, so ist der im späteren in der Spezialbeschreibung verwendete Begriff Durchmesser als Äquivalenz zu dem Begriff Querschnittsfläche des Reaktors anzusehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Querschnittsfläche des Gangartabflussrohres im zweiten Bereich mindestens genauso groß oder größer wie der Durchmesser bzw. die Querschnittsfläche des Reaktors im ersten Bereich. Dies bedeutet, dass das Konzentrat im Konzentratabscheidekanal soweit nach außen getragen wird, dass die Gangart im zweiten Bereich ungehindert weiter fließen kann und ihr dazu mindestens der gleiche Querschnitt zur Verfügung steht, wie im ersten Bereich des Reaktors insgesamt. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich die durch die Schwerkraft angezogene Gangart in den Konzentratabscheidekanal verirrt, ist durch diese Bauform deutlich geringer, als dies beim Stand der Technik der Fall ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist ein in Durchströmungsrichtung gesehen dritter Bereich vorgesehen, in dem sich der Reaktor noch einmal aufweitet und in einem weiteren Konzentratabscheidekanal ein von diesem umgebenen Kanalabflussrohr aufspaltet. Hierbei ist wieder dieselbe Prämisse gegeben, dass der Durchmesser bzw. die Querschnittsfläche des Reaktors im dritten Bereich größer ist als im zweiten. Hierbei ist wiederum anzustreben, dass der Durchmesser des Gangartabflussrohres im dritten Bereich mindestens genauso groß ist wie der Durchmesser des Reaktors im zweiten Bereich. Die Wirkung dieses dritten Bereiches, der geometrisch gesehen eine zweite Stufe im Reaktor darstellt, hat die selbe Wirkung wie die Aufweitung des Reaktors im zweiten Bereich, es wird ein weiteres Mal das Konzentrat im Konzentratabflusskanal nach außen abgeführt und die von der ersten Stufe noch verbliebene Gangart kann schwerkraftbedingt in einem breiten Gangartabflussrohr abfließen.
In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Anzahl der Stufen weiter zu erhöhen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist eine Spülvorrichtung vorgesehen, durch die eine Spülflüssigkeit in den Konzentratabscheidekanal gespült werden kann. Diese Spülflüssigkeit bewirkt ein weiteres Ausspülen der Gangart, die noch im Konzentrat vorhanden ist bzw. die ungewollt den Weg in den Konzentratabscheidekanal gefunden hat.
Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Konzentratabscheidekanal bezüglich der Durchströmungsrichtung nach dem Eintritt der Spülflüssigkeit verjüngt ist. Dies bewirkt, dass oberhalb der Verjüngung durch Eintreten der Spülflüssigkeit ein Überdruck entsteht, und die Gangart mit der Spülflüssigkeit entgegen der Durchströmungsrichtung im Konzentratabscheidekanal bewegt wird und zurück in das Gangartabflussrohr geleitet wird.
Eine derartige Spülvorrichtung mit der beschriebenen Wirkungsweise kann im zweiten und/oder dritten Bereich angeordnet sein. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Dabei handelt es sich lediglich um beispielhafte Ausgestaltungsformen, die keine Einschränkung des Schutzbereiches des Anspruchs 1 darstellen.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Magnetseparationsvorrichtung nach dem Stand der Technik,
2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Magnetseparationsvorrichtung mit einem im zweiten Bereich erweiterten Reaktorquerschnitt,
3 eine Magnetseparationsvorrichtung nach 2 mit einer zusätzlichen Spülvorrichtung,
4 eine Vorrichtung zur Magnetseparation gemäß 2 mit einer zweiten Aufweitungsstufe des Reaktorquerschnittes,
5 eine Magnetseparationsvorrichtung nach 4 mit einer Spülvorrichtung im dritten Bereich und
6 eine Magnetseparationsvorrichtung nach 5 mit einer zusätzlichen Spülvorrichtung im zweiten Bereich.
In 2 ist eine Magnetseparationsvorrichtung 2 schematisch im Querschnitt dargestellt, die einen rohrförmigen Reaktor 6 umfasst. Um den rohrförmigen Reaktor 6 herum sind Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet, die in Form von Spulen 14 ausgestaltet sind. Die Spulen 14 sind rotationssymmetrisch um den Reaktor 6 angeordnet und durch sie wird ein im Inneren, insbesondere an einer Reaktorinnenwand 16 anliegendes, hier übersichtlichkeitshalber nicht dargestelltes Magnetfeld erzeugt. Durch dieses Magnetfeld werden ferromagnetische Partikel, die in einer durch den Reaktor strömende Suspension 4 enthalten sind, an die Reaktorinnenwand 16 gezogen und lagern sich an dieser an. Insbesondere durch eine geeignete Steuerung der unterschiedlichen Spulen 14 kann das Magnetfeld in der Art ausgestaltet sein, dass es entlang einer Durchströmungsrichtung 8 der Suspension 4 an der Innenwand 16 des Reaktors 6 wandert. Ein derartiges Magnetfeld wird auch als Wanderfeld bezeichnet.
Gegebenenfalls kann im Inneren des Reaktors 6 ein ebenfalls rohrförmiger, bevorzugt zylinderförmiger Verdrängungskörper 5 angeordnet sein, durch den die Suspension 4 näher an die Reaktorwand 16 gedrängt wird und somit mehr ferromagnetische Partikel in die Reichweite des Magnetfeldes bringt.
Die an der Reaktorinnenwand 16 anliegenden ferromagnetischen Partikel werden durch das Wanderfeld in Durchströmungsrichtung 8 entlang der Wand 16 geleitet.
Die Vorrichtung 2 zeichnet sich dadurch aus, dass der Reaktor 6 einen zweiten Bereich 12 aufweist, in dem sich der Reaktor 6 stufenförmig in seiner Querschnittsfläche aufweitet. Geht man davon aus, dass es sich in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Reaktors 6 um einen zylinderförmigen Reaktor mit einem kreisförmigen Querschnitt handelt, so ist ein Durchmesser 21 des Reaktors 6 in einem ersten Bereich 10 kleiner als ein Durchmesser 22 des Reaktors 6 im zweiten Bereich 12. Ferner teilt sich der Reaktor 6 im zweiten Bereich 12 in ein Gangartabflussrohr 18 und in einem dieses umgebenden Konzentratabscheidekanal 20 auf. Der Konzentratabscheidekanal 20 verläuft im Übergang vom ersten Bereich 10 zum zweiten Bereich 12 schräg nach außen, wobei das Gangartabflussrohr 18 bevorzugt mindestens denselben Durchmesser 24 aufweist, wie der Durchmesser 21 des Reaktors 6 im ersten Bereich.
Die Bewegung der Suspension 4 folgt in einem vertikal ausgerichteten Reaktor im Wesentlichen der Schwerkraft, die durch den Pfeil 38 angedeutet ist. Im Übergang zwischen dem ersten Bereich 10 und dem zweiten Bereich 12 mit annähernd unverändertem Rohrquerschnitt gibt es für die Gangart keine wesentliche treibende Kraft, die sie in den Konzentratabscheidekanal 20 leiten könnte.
Grundsätzlich muss der Reaktor 6 nicht notwendigerweise vertikal aufgestellt sein, er kann auch horizontale Richtungskomponenten aufweisen, wobei die Suspension gegebenenfalls unter Druck in den Reaktor 6 gepresst wird.
Die entlang der Reaktorinnenwand 16 bewegten ferromagnetischen Partikel folgen dem Pfeil 36 in 2 in den Konzentratabscheidekanal 20. Die Güte der Abscheidung, also die Konzentration von ferromagnetischen Partikeln, die in den Konzentratabscheidekanal 20 gelangt, ist größer als dies bei einer Vorrichtung des Standes der Technik der Fall ist, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist. Die entsprechenden Merkmale in 1 sind, da sie dieselbe Bezeichnung tragen wie die in 2, aber nicht zur Erfindung gehören, mit einem Stern versehen. In 1 ist zu erkennen, dass sich der rohrförmige Reaktor 6* im zweiten Bereich mit demselben Durchmesser wie im ersten Bereich fortsetzt, lediglich das Abflussrohr 18* für die Gangart verengt sich im Gegensatz zu der Vorrichtung gemäß 2. Hierdurch ist es in nachteiliger Form möglich, dass größere Teile der Gangart durch den Konzentratabscheidekanal 20* abgeleitet werden. Konzentrat gemäß 1 ist somit nicht so hochkonzentriert, wie dies mit einer Vorrichtung nach 2 der Fall ist. Es müssen gegebenenfalls mehrere Durchläufe des Konzentrates in weiteren Separationsvorrichtungen 2* erfolgen, um dasselbe Ergebnis zu erzielen, wie dies mit der Vorrichtung 2 gemäß 2 in einer einzigen Stufe der Fall ist.
In 3 ist eine Magnetseparationsvorrichtung 2 analog der in 2 dargestellt, die jedoch eine zusätzliche Spülvorrichtung 32 aufweist. Durch eine Spülflüssigkeitsleitung 40, die hier beispielhaft zentral im rohrförmigen Reaktor 6 angeordnet ist, wird eine Spülflüssigkeit 34 in den Konzentratabscheidekanal 20 geleitet. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn sich der Konzentratabscheidekanal 20 unterhalb des Einleitens der Spülflüssigkeit 34 verjüngt. Dies ist durch die Verjüngung bzw. Verengung 44 in 3 veranschaulicht. Unter dem Begriff „unterhalb” ist dabei zu verstehen, dass die Verjüngung 44 in Durchströmungsrichtung 8 unterhalb der Spülvorrichtung angeordnet ist, was in der Praxis, in der die Bewegung der Suspension 4 durch die Schwerkraft bestimmt wird, auch topographisch als unterhalb bezeichnet werden kann. Durch die Verjüngung 44 des Konzentratabscheidekanals 20 wird im Kanal 20 ein Überdruck erzeugt, der dazu führt, dass unerwünscht in den Kanal 20 gelangte Gangart entlang des Pfeiles 42 zurück in das Gangartabflussrohr 20 gedrückt wird.
In 4 ist nun eine Vorrichtung zur Magnetseparation mit einem zweistufigen rohrförmigen Reaktor 6 dargestellt. Im Gegensatz zu dem Reaktor 6 in 3 weist der Reaktor 6' in 4 eine weitere Verbreiterung seiner Querschnittsfläche bzw. seines Durchmessers in Form einer – in Durchflussrichtung 8 gesehen – weiteren Stufe auf. Man kann hierbei auch von einem zweistufigen Reaktor 6' sprechen. Es kann auch zweckmäßig sein, einen Reaktor mit mehr als zwei Stufen einzusetzen. Der Reaktor 6' weist einen dritten Bereich 26 auf, in dem sich der Reaktor 6' ein weiteres Mal in einen Konzentratabscheidekanal 20' und in ein Gangartabflussrohr 18' aufspaltet. Die Querschnittsfläche bzw. bei kreisförmigem Querschnitt des Durchmessers 28 des dritten Bereiches 26 des Reaktors 6' ist demnach größer als der Durchmesser 24 des zweiten Bereiches 12. Ebenfalls ist in einer zweckmäßigen Weise das Gangartabflussrohr 18' so ausgestaltet, dass es denselben oder einen größeren Querschnitt bzw. Durchmesser 30 aufweist, wie der Durchmesser 24 bzw. der Querschnitt des Reaktors 6' im zweiten Bereich 12.
Die weitere Aufweitung des Reaktors 6' im dritten Bereich 26 hat dieselbe Wirkung, wie dies bereits zum zweiten Bereich 12 beschrieben wurde. Die überschüssige Gangart kann ungehindert der Schwerkraft oder Durchpresskraft folgend durch das Gangartabscheiderohr 18 entweichen.
Es wurde bereits erwähnt, dass es sich bei dem nicht explizit dargestellten Magnetfeld, das durch die Spulen 14 erzeugt wird, um ein Wanderfeld handelt, das insbesondere der Durchströmungsrichtung 8 und im weiteren Verlauf der Ableitungsrichtung 36 der Magnetpartikel folgt. Hierbei ist eine sorgfältige Auslegung der Magnetspulen 14 und die Wahl ausreichend hoher elektrischer Ströme in den Spulen in der Übergangszone zwischen dem ersten Bereich 10 und dem zweiten Bereich 12 bzw. dem zweiten Bereich 12 in den dritten Bereich 26 nötig, um eine sichere Ableitung des Konzentrates zu gewährleisten.
In den 5 und 6 ist jeweils ein zweistufiger rohrförmiger Reaktor 6' dargestellt, wobei in 5 eine Spülvorrichtung 32' im dritten Bereich 26 vorgesehen ist und in 6 sowohl im zweiten Bereich 12 als auch im dritten Bereich 26 jeweils eine Spülvorrichtung 32 bzw. 32' angeordnet ist. Der Spülwasserstrahl der Spulwasservorrichtung 32, 32' bewirkt eine Aufwirbelung der an der Reaktorinnenwand 16 nach unten beförderten Mischung aus magnetischem und mitbefördertem unmagnetischen Material, also der Gangart. Während das magnetische Material in Durchflussrichtung 8 unterhalb des Spülflüssigkeitsaustritts 34 wieder zur Reaktorwand gezogen wird, wird die Gangart von der Spülflüssigkeit 4 entlang des Pfeiles 42 zurück ins Gangartableitungsrohr 18' bzw. 18 befördert.

Claims

Vorrichtung zum Abscheiden magnetischer Partikel aus einer Suspension (4), mit einem von der Suspension (4) durchströmbaren rohrförmigen Reaktor (6) mit einem in Durchströmungsrichtung (8) ersten Bereich (10) und einem zweiten Bereich (12) und Mittel (14) zum Erzeugen eines Magnetfelds entlang einer Reaktorinnenwand (16) wobei der rohrförmige Reaktor (8) im zweiten Bereich (12) ein Gangartabflussrohr (18) und einen dieses umgebende Konzentratabscheidekanal (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (22) des rohrförmigen Reaktors (6) im zweiten Bereich (12) größer ist als im ersten Bereich (10).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche (24) des Gangartabflussrohrs (18) mindestens genauso groß ist wie die Querschnittsfläche (21) des Reaktors (6) im ersten Bereich (10).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Durchströmungsrichtung (8) dritter Bereich (26) des Reaktors (6) mit einem Gangartabflussrohr (18') und einen dieses umgebenden Konzentratabscheidekanal (20') vorgesehen ist, wobei eine Querschnittsfläche (28) des Reaktors (6) im dritten Bereich (26) größer ist als im zweiten Bereich (12).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche (30) des Gangartabflussrohrs (18') im dritten Bereich (26) mindestens genauso groß ist wie die Querschnittsfläche (22) des Reaktors (6) im zweiten Bereich (12).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spülvorrichtung (32) vorgesehen ist, die eine Spülflüssigkeit (34) in den Konzentratabscheidekanal (20) spült.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Konzentratabscheidekanal (20) bezüglich der Durchströmungsrichtung (8) nach dem Eintritt der Spulflüssigkeit (34) verjüngt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl im zweiten (12) und im dritten Bereich (26) eine Spülvorrichtung (30) vorgesehen ist.