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Die Erfindung betrifft einen Starkfeldmagnetscheider zur Trennung von in einem Trägermedium suspensierten Festkörperpartikeln mit unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität, aufweisend einen um eine Achse rotierbar angetriebenen Rotor mit mindestens einer ferromagnetischen Rotorscheibe, wobei die Achse einen Winkel, bevorzugt einen rechten Winkel, gegen die Horizontale besitzt, eine ringförmige Anordnung von offenen Behältern (Matrixboxen) am äußeren Rand jeder Rotorscheibe zum Durchströmen des Trägermediums durch die Matrixboxen, wobei die Durchströmungsrichtung bevorzugt von oben nach unten gerichtet ist und wobei im Inneren der Matrixboxen paramagnetische Körper (Matrix) für den Trennvorgang angeordnet sind, mindestens eine Vorrichtung zur Aufgabe des Trägermediums mit den suspensierten Festkörperpartikeln in die Matrixboxen, mindestens eine Vorrichtung zum Austragen von aufgrund magnetischer Anziehung in den Matrixboxen zurückgehaltenen Partikelfraktionen, und ein statisch angeordnetes Magnetsystem mit mindestens einem Joch zur Bildung eines geschlossenen Magnetkreises (mit Spalten im Bereich der mindestens einen Rotorscheibe), wobei die Schenkel jedes Jochs jeweils mindestens eine Magnetspule tragen und wobei die als Polschuhe ausgebildeten Enden des mindestens einen Jochs so angeordnet sind und die Stromflüsse durch die Magnetspulen so gerichtet sind, dass sich auf Höhe jeder Rotorscheibe und dicht an der Peripherie der Rotorscheibe zwei einander gegenüber liegende Polschuhe unterschiedlicher magnetischer Polarität befinden.
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Starkfeldmagnetscheider werden eingesetzt, um in Gemischen aus meist in Form kleiner Körner vorliegenden Festkörperpartikeln Anteile von Stoffen mit unterschiedlicher Magnetisierbarkeit, charakterisierbar durch Angabe der magnetischen Suszeptibilität, voneinander zu trennen. Besondere Bedeutung kommt diesem Verfahren bei der Anreicherung, Aufbereitung und Rückgewinnung von Eisenerzen und anderen Mineralien zu. In Kornform vorliegende Stoffgemische werden in einem meist flüssigen Trägermedium suspensiert (Trübe) und quer zu ihrer Fließrichtung bzw. zum Schwerefeld der Wirkung eines starken magnetischen Feldes ausgesetzt. Nicht-magnetisierbare und nur äußerst schwach magnetische Teilchen bleiben vom Magnetfeld unbeeinflusst und werden so von den magnetisierbaren und vom Magnetfeld abgelenkten und zurückgehaltenen Teilchen getrennt. Die Trennschärfe dieses Sortiervorganges hängt vorrangig vom Magnetfeld ab. Je höher die Feldstärke bzw. die hieraus sich einstellende magnetische Flussdichte ist, desto schwächer magnetisierbare Teilchen können trotz entgegenwirkender Gewichts-, Strömungs- und interpartikularer Reibungskräfte abgeschieden werden. Die Effektivität dieses Vorganges bestimmt die Güte des Prozesses der Entfernung störender oder der Anreicherung bzw. Rückgewinnung wertvoller, magnetisch suszeptibler Stoffanteile. Die Materialdurchsatzraten, die von den in der Erz- bzw. Mineralindustrie eingesetzten Starkfeldmagnetscheidern realisiert werden müssen, betragen dabei mehrere Hundert Tonnen pro Stunde.
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Aus dem Stand der Technik, bspw. aus der Patentschrift
US 3,830,367 , wie auch von zahlreichen in der industriellen Praxis verwendeten Magnetscheidern, bspw. dem JONES
® WHIMS (Wet High Intensity Magnetic Separator), sind Starkfeldmagnetscheider bekannt, deren Grundprinzip zufolge die im flüssigen Trägermedium, meist Wasser, suspensierten körnigen Teilchen in nach oben und unten mit Öffnungen versehene Boxen aufgegeben werden. Die einzelnen Boxen sind ringartig um eine horizontale Rotorscheibe aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität bzw. Suszeptibiltät angeordnet. Durch Rotation der Scheibe werden die Boxen durch ein starkes Magnetfeld zwischen zwei Polschuhen geführt, die einander gegenüberliegend, mit nur einem kleinen Spalt beabstandet zangenartig an Umfangsabschnitten der Rotorscheibe bzw. der äußeren Boxenwände angeordnet sind. Über die Scheibe verläuft daher ein magnetischer Fluss, und im Inneren der Boxen angeordnete weichmagnetische Körper, Matrix genannt, werden vor den Polschuhen magnetisiert. Die magnetisch suszeptiblen Anteile der Suspension bleiben dabei an den Oberflächen der Matrix haften, während die nicht oder nur äußerst schwach magnetischen Partikel durch die Matrixboxen nach unten durchfallen. In einem kontinuierlichen Betrieb rotieren die Matrixboxen jeweils aus dem vor einem Polschuh befindlichen Bereich heraus. Auf dem Weg zum gegenüberliegenden Polschuh, insbesondere auf der Mitte des Weges, wo der Magnetfeldeinfluss am geringsten ist, können die zurückgehaltenen magnetischen Partikel etwa mit Hilfe eines Reinigungsfluidstromes unter hohem Druck entfernt und ausgetragen werden. Auch nicht-magnetische Materialreste können entfernt werden. Entscheidend für den Wirkungsgrad des Trennvorgangs ist eine hohe magnetische Kraft im Bereich des Trennraumes, also bei den Matrizen. Ursächlich für den Aufbau des Magnetfeldes bzw. magnetischen Flusses über die Rotorscheibe ist die Erzeugung von starken Magnetfeldern im Innenraum von stromdurchflossenen Spulen. Diese sind paarweise durch ein Joch verbunden, in dem das äußere Magnetfeld einen magnetischen Fluss erzeugt, der kreisartig durch das Joch und dessen Polschuhe sowie die Rotorscheiben mit den Boxen fließt.
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Die Einsetzbarkeit der beschriebenen Starkfeldmagnetscheider ist in doppelter Hinsicht bedingt. Erstens besteht stets eine beschränkte Separationswirksamkeit, gegeben durch diejenige magnetische Suszeptibilitätsgrenze, unterhalb derer sehr schwach magnetisierbare Partikel im Mittel nicht abgetrennt werden. Dies ist von der Magnetfeldstärke im Trennraum abhängig, auf die neben Einflüssen von Material und Form der Matrix sowie des Designs der Polschuhe bzw. Joche letztlich die Stärke des magnetischen Flusses durch die Joche den wichtigsten Einfluss hat. Diese ist begrenzt durch die materialspezifische Sättigung der magnetischen Polarisierung (bzw. der Magnetisierung bzw. magnetischen Flussdichte/Induktion) des Jochs, wie sie sich für dessen ferromagnetisches Material aus der zugehörigen Hysteresiskurve ergibt. Im Stand der Technik ist die Separationswirksamkeit in dieser Hinsicht im Wesentlichen durch die magnetische Sättigungspolarisation der üblicherweise für die Joche verwendeten Baustähle gegeben. Zweitens ist die Einsetzbarkeit eines Starkfeldmagnetscheiders in der Praxis durch dessen Energieeffizienz bedingt. Der hauptsächliche Energiebedarf fällt für den Stromfluss in den magnetischen Spulen zur Erzeugung einer über das Spulenmagnetfeld hervorgerufenen, möglichst hohen magnetischen Flussdichte in den Jochen an. Auch hier ist im Stand der Technik die Energieeffizienz über das Verhältnis des magnetischen Flusses in Abhängigkeit vom äußeren Magnetfeld durch das Hysteresisverhalten der eingesetzten Ferromagnetika für die Joche, insbesondere Baustahl, begrenzt. Die Energieeffizienz ist dabei stets auf die wirtschaftlich relevanten Faktoren, wie insbesondere die hierfür notwendigen Investitions- und Wartungskosten zu relativieren. Für eine praxisrelevante Verbesserung von Starkfeldmagnetscheidern stellt sich dem Fachmann mithin ein Optimierungsproblem, das sowohl die Separationswirksamkeit als auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage, gegeben hauptsächlich über deren Energiebedarf, umfasst.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Starkfeldmagnetscheider zur Trennung von in einem Trägermedium suspensierten Festkörperpartikeln mit unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität zur Verfügung zu stellen, der eine erhöhte Separationswirksamkeit und eine verbesserte Energieeffizienz besitzt.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Starkfeldmagnetscheider zur Trennung von in einem Trägermedium suspensierten Festkörperpartikeln mit unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein Starkfeldmagnetscheider vorgesehen, in dessen Magnetsystem jedes Joch aus einem Magnetwerkstoff mit einer magnetischen Sättigungspolarisation von mindestens 2,0 T gefertigt ist, wobei der Magnetwerkstoff eines jeden Jochs entweder aus mindestens 99,65% reinem Eisen, bevorzugt mindestens 99,85%, bei einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,02%, bevorzugt maximal 0,01%, besteht oder eine Eisen-Kobalt-Legierung mit einem Kobaltgehalt zwischen 15% und 50%, bevorzugt zwischen 15% und 20%, ist. Angaben für die magnetische Sättigungspolarisation (Sättigungsinduktion) beziehen sich dabei grundsätzlich auf die theoretischen, idealen Werte des entsprechenden Magnetwerkstoffes. Durch diverse, teils mit Wärmeeinwirkung verbundene Fertigungsschritte, Inhomogenitäten und ähnliche Einflüsse kann der tatsächliche Wert für ein aus diesem Magnetwerkstoff gefertigtes Joch nach unten von diesen als Richtwerte aufzufassenden Werten abweichen. In herkömmlichen Starkfeldmagnetscheidern sind die Joche gewöhnlich aus Baustahl gefertigt. Der typische unlegierte Baustahl S235JR (bzw. ST 37) etwa verfügt über mechanisch physikalische Eigenschaften, die ihn für die Fertigung und einen Einsatz im Starkfeldmagnetscheider geeignet sein lassen. Sein Kohlenstoffanteil liegt dabei unter ca. 0,15%. Seine besonders vorteilhafte magnetische Sättigungspolarisation (bzw. Sättigungsinduktion) beträgt 1,9 T. Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Materialien übertreffen die magnetischen Eigenschaften bisheriger Jochmaterialien in Starkfeldmagnetscheidern deutlich. Mit ihnen können Magnetfelder mit höheren Feldstärken erzeugt werden, was für die Abscheidung und Gewinnung besonders schwach magnetischer Anteile aus den Festkörperpartikeln, die im Trägermedium suspensiert sind, vorteilhaft ist und über die bislang gegebenen Separierbarkeitsmöglichkeiten, etwa bei der Anreicherung von Erzen oder bei Rückgewinnungsprozessen, hinausreicht.
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Der Magnetwerkstoff (a) der erfindungsgemäßen ersten Alternative für das Jochmaterial (beispielsweise unter dem Handelsnamen ARMCO® gehandelt) besitzt Werte für die magnetische Sättigungspolarisation um ca. 2,15 T, so dass der Starkfeldmagnetscheider über eine erhöhte Separationswirksamkeit verfügt. In einem typischen Ausführungsbeispiel (mitunter als sog. Gütestufe 3 eingeteilt) besteht dieser Magnetwerkstoff aus 99,85% Fe, 0,01% C, 0,08% Mn, 0,01% P, 0,005% S, 0,005% N, 0,03% Cu und 0,01% Sn; dabei verfügt er über eine magnetische Sättigungspolarisation von 2,15 T. Je geringer der Kohlenstoffgehalt dieses Werkstoff (a) ist, desto besser lässt er sich in der Fertigung des Joches kalt formen, schweißen und anderen mechanischen Verarbeitungsschritten unterziehen. Die Korrosionsbeständigkeit ist sehr hoch und die mechanisch statischen Eigenschaften dieses Werkstoffes lassen eine Verwendung als Joch, welches eine Spule in der typischen Dimension von Magnetscheidern trägt, zu.
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Testmessungen haben auch unter den für Starkfeldmagnetscheidern typischen Einsatzbedingungen gezeigt bzw. bestätigt, dass der Magnetwerkstoff (a) über eine sehr schmale Hysteresiskurve und entsprechend über ein sehr günstiges, im Vergleich zum Baustahl besseres Verhältnis der magnetischen Flussdichte B in den Jochen zur magnetischen Feldstärke H des Spulenfeldes verfügt. Damit besitzt ein Starkfeldmagnetscheider mit Jochen aus dem Magnetwerkstoff (a) im Betrieb für gleiche magnetische Feldstärken einen geringeren, hauptsächlich für den Aufbau des Magnetfeldes der stromdurchflossenen Magnetspulen anfallenden Energieverbrauch als die herkömmlichen, etwa mit Baustahl-Jochen ausgestatteten Starkfeldmagnetscheider. Dies bedeutet insbesondere für den kontinuierlichen Dauerbetrieb und bei großen, für einen hohen Materialdurchsatz geeigneten Dimensionierungen einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil. Ferner können dann, wirtschaftlich günstig, die verwendeten Magnetspulen kleiner ausfallen und brauchen auch entsprechend weniger gekühlt zu werden. Bisherige Tests lassen sogar eine Energieeinsparung in der Größenordnung von 50% möglich erscheinen.
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Bei der Machbarkeitsbeurteilung von möglichen Joch-Magnetwerkstoffen ist der Fachmann vor ein Optimierungsproblem gestellt, bei dem neben den magnetischen Eigenschaften sowie den physikalischen bzw. Materialeigenschaften des magnetischen Werkstoffes auch die wirtschaftlichen Faktoren für die Investition und den Betrieb der Starkfeldmagnetscheider einzubeziehen sind. Das betreffende Material muss in den Mengen, die für größere Stückzahlproduktionen von Magnetscheidern benötigt werden, auf dem Markt erhältlich sein und dies zu einem Preis, der einen wirtschaftlich gewinnbringenden Einsatz eines Starkfeldmagnetscheiders zulässt. Aufgrund der genannten Verbesserungen bei den magnetischen Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Starkfeldmagnetscheidern und wegen der gegebenen guten Erhältlichkeit des Werkstoffs (a) zu den gegenwärtig herrschenden Handelspreisen stellt Werkstoff (a) eine geeignete Lösung des genannten Optimierungsproblems für eine wirtschaftlich günstige Wirkungsgradsteigerung von Starkfeldmagnetscheidern durch verbessertes Jochmaterial dar.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene zweite Alternative eines magnetischen Werkstoffs für die Joche, Werkstoff (b), besteht in der Verwendung von Eisen-Kobalt-Legierungen. Schon bei einem Kobaltanteil ab ca. 15% besitzen solche Legierungen magnetische Sättigungspolarisationen von über 2,1 T, die eine erhöhte Separationswirksamkeit des Magnetscheiders bewirken. Bei einem Kobaltgehalt von ca. 50% (und 50% Fe, ggf. auch mit geringen, für die Materialbearbeitung günstigen Beimischungen von Vanadium) beträgt die Sättigungspolarisation sogar um die 2,35 T. Dennoch kommen Eisen-Kobalt-Legierungen mit solch hohen Kobaltanteilen nur in Ausnahmefällen für den Einsatz bei Starkfeldmagnetscheidern in Betracht, da die Preise für den Werkstoff (b) mit steigendem Kobaltgehalt ihrerseits erheblich steigen. Ferner zeigen die Legierungen mit hohem Kobaltgehalt für den Fertigungsprozess der Joche schwierige mechanisch physikalische Eigenschaften. Zu bevorzugen sind daher Kobaltgehalte zwischen ca. 15% und 20%. Ein typisches Ausführungsbeispiel ist von der Legierung mit Anteilen von 17% Co, 81% Fe und 2% Cr gegeben; in diesem Falle besitzt Werkstoff (b) eine magnetische Sättigungspolarisation von über 2,2 T. Neben den Vorteil der damit erreichbaren hohen Trennschärfe für sehr schwach magnetische Partikel tritt auch bei diesen Legierungen entsprechend dem gemessenen Hysteresisverhalten ein geringerer Energiebedarf des Starkfeldmagnetscheiders im Vergleich zu Anlagen mit Jochen aus Baustahl. Zwar sind Eisen-Kobalt-Legierungen in ausreichender Menge erhältlich, jedoch sind der derzeitigen Handelspreise erheblich, so dass unter Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten für den normalen Betrieb im Normalfall die Lösung mit Werkstoff (a) vorzuziehen ist. Die Verwendung von Werkstoff (b) liegt im Einzelfall, insbesondere bei kleiner dimensionierten Starkfeldmagnetscheidern, jedoch dann nahe, wenn für die gezielte Anreicherung, Rückgewinnung oder Aussonderung eines speziellen, sehr schwach magnetischen stofflichen Bestandteils im Aufgabegemisch sehr hohe magnetische Flussdichten benötigt werden. Zur Absenkung der Investitionskosten besteht ferner ggf. die Möglichkeit, bei Starkfeldmagnetscheidern mit mehreren Rotorscheiben nicht alle Joche aus einer Eisen-Kobalt-Legierung zu fertigen.
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Während für kleine Durchsatzmengen und/oder für Testzwecke Starkfeldmagnetscheider mit Rotoren ausreichen, die aus nur einer Rotorscheibe bestehen und bei denen die zwei zugehörigen, gegenüberliegenden Polschuhe mit nur einem Joch verbunden sind, sind zum Erzielen größerer Durchsatzmengen vorteilhaft mehr als eine Rotorscheibe vorzusehen. Eine typische Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, dass der Rotor aus zwei untereinander angeordneten, voneinander beabstandeten und um eine gemeinsame Achse rotierbaren Rotorscheiben besteht. Zugunsten kurzer, verlustarmer Wege des magnetischen Flusses und hinsichtlich eines möglichst geringen Materialaufwandes bei den Jochen sind hierbei zwei Joche vorgesehen, die in etwa C-förmig (bzw. U-förmig) jeweils von der einen zur anderen Rotorscheibe führen. Die dadurch jeweils zwei miteinander verbundenen, übereinander angeordneten Polschuhe weisen dabei ebenso wie je zwei sich gegenüberliegende Polschuhe durch geeignete Einstellung der Richtungen des elektrischen Stromflusses in den Spulen entgegen gesetzte magnetische Polaritäten auf. In weiterer Ausgestaltung ist dabei mittels der betreffenden Spulenpaare die Stärke des magnetischen Feldes zwischen den zur einen Rotorscheibe gehörigen Polschuhen unabhängig von der Stärke des magnetischen Feldes zwischen den zur anderen Rotorscheibe gehörigen Polschuhen regelbar. Dieses Merkmal lässt insbesondere einen Betrieb des Starkfeldmagnetscheiders zu, bei dem in den Matrixboxen der unteren Rotorscheibe eine Nachsichtung des Materialanteils stattfindet, der ohne Haftung unmittelbar mit dem Trägermedium durch die Matrizen der oberen Rotorscheibe durchgeströmt und ausgetreten ist, jedoch noch durch Stöße und Reibung von nicht-magnetischen Partikeln mitgerissene magnetische Partikel enthalten kann. Ebenso ist hier in einer zweiten Stufe eine Nachsichtung mit besonders hohen magnetischen Feldstärken zu Abscheidung eines sehr schwach magnetisierten Partikelanteils denkbar. Die Rotationsgeschwindigkeit ist dem entstehenden Materialdurchsatz anzupassen.
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Insofern der eigentliche Scheidevorgang im Innenraum der Matrixboxen durch Zurückhalten der magnetischen Teilchen an der Matrix stattfindet, kommt der geometrischen Gestaltung der Oberflächen der weichmagnetischen Körper in den Matrixboxen besondere Bedeutung zu. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Matrizen von Blechen gebildet werden, die aus verschleißfestem, nicht rostendem, magnetisierbarem Stahl gebildet werden. Die Bleche sind voneinander beabstandet, wobei der Abstand verstellbar ist, so dass die Matrizen an die Durchflussmenge des Trägermediums mit dem suspensierten Aufgabegut, an die mittleren Korngrößen und die magnetischen Eigenschaften der zu trennenden Partikelfraktionen angepasst werden können. Insbesondere lassen sich damit nachteilige Rückstaueffekte durch Zusetzung von Strömungswegen vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass parallele Riffelbleche (Riefen- bzw. Nutenplatten) besonders geeignet sind, eine große Oberfläche für eine effektive Anhaftung der magnetisch suszeptiblen Teilchen zur Verfügung zu stellen sowie einen geeigneten Strömungsweg und eine ausreichend lange Passierzeit der suspensierten Teilchen durch die Matrix zu gewährleisten. Ferner lässt sich die Abreinigung der Platten beim Austragsvorgang der zurückgehaltenen Partikel vergleichweise schnell vollziehen. Darüber hinaus ist die Geometrie der Matrix für die Feldstärkenverteilung des äußeren magnetischen Feldes in den Matrixboxen von Bedeutung. Die besagte Riffelplattenanordnung bedingt durch geeignete Feldgradienten lokal erhöhte Magnetfeldstärken, die sich vorteilhaft auf den Prozess der Separierung und Zurückbehaltung der magnetischen bzw. teils nur schwach magnetischen Partikel auswirken.
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Die Funktionsweise des Starkfeldmagnetscheiders beruht darauf, dass sich bei Stromfluss in den Spulen ein magnetischer Fluss ausbildet, der durch das Joch bzw. die Joche und deren als Spulenkerne wirkenden Schenkel, durch die Polschuhe und über die Rotorscheibe(n) hinweg sowie durch die den Gesamtfluss mindernden Spalte (die schmal gehaltenen Spalte zwischen den Polschuhen und der äußeren Wand der Matrixboxen sowie die Lücken in den Matrizen) hindurch ein geschlossener Magnetkreis entsteht. Jede Rotorscheibe ist daher zugunsten eines möglichst verlustfreien magnetischen Flusses aus einem Magnetwerkstoff mit günstigen Eigenschaften, insbesondere mit hoher magnetischer Sättigungsinduktion, zu fertigen. Hierfür wird bei herkömmlichen Magnetscheidern typischerweise Stahl mit einem nur geringen Kohlenstoffanteil verwendet. Um den Magnetfluss noch zu verbessern, sieht eine Ausführung der Erfindung vor, auch für die Rotorscheiben ähnlich wie bei den Jochen ein Magnetwerkstoff mit hoher Sättigungsinduktion bei gleichzeitig geeigneten mechanischen Eigenschaften und bei in besonderen Anforderungsfällen noch vertretbaren Investitionskosten einzusetzen. Es wird daher vorgeschlagen, die mindestens eine Rotorscheibe des Rotors aus einem Magnetwerkstoff zu fertigen, der aus mindestens 99,65% reinem Eisen, bevorzugt aus mindestens 99,85% reinem Eisen, bei einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,02%, bevorzugt bei einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,01%, besteht.
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In vorteilhafter Ausführung des erfindungsgemäßen Starkfeldmagnetscheiders ist vorgesehen, für die Vorrichtung der Gutaufgabe, d. h. der Zuführung des Trägermediums mit den in ihm suspensierten kleinen, kornartigen Festkörperpartikeln zu den Matrixboxen, und für die Vorrichtungen zum Austrag der an den Matrizen zurückgehaltenen Partikelfraktionen über den Umfang der Rotorscheiben, d. h. über den von den Matrixboxen gebildeten Ring verteilte Gutaufgabe- und Austragsvorrichtungen anzuordnen, wie sie aus dem Stand der Technik (vgl.
US 3,830,367 ) für sich vorbekannt sind und etwa bei den Magnetscheidern der Warenmarke JONES
® verwendet werden. Dementsprechend wird auf dem Weg einer jeden Matrixbox um den Umfang der zugehörigen Rotorscheibe herum das Trägermedium, beispielsweise Wasser, mit den darin suspensierten, typischerweise körnigen Festkörperpartikeln mittels einer Gutzuführungsleitung kontinuierlich an einer Aufgabestelle in die nach oben offenen Matrixboxen eingeleitet, die am Beginn des kreisbogenförmigen Bewegungsweges der Matrixboxen durch den unmittelbar vor einem Polschuh befindlichen Bereich angeordnet ist. Der nicht-magnetische bzw. extrem schwach magnetische Materialanteil fällt schwerkraftbewirkt nach unten durch die Matrixboxen.
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Eine erste Austragsvorrichtung, die Waschvorrichtung, ist am anderen Ende des Bereichs vor dem Polschuh angeordnet. Durch einen mit vergleichweise geringem Druck strömenden Waschfluidstrom, typischerweise Wasser, werden hier zwischen den magnetischen Körnern locker eingeschlossene, verbliebene Reste an nicht-magnetischen bzw. extrem schwach magnetischen Feststoffpartikeln aus den Matrixboxen nach unten entfernt. Eine weitere Austragsvorrichtung, die Spülvorrichtung, zum Austragen der in den Matrixboxen noch aufgrund verbliebener Magnetwirkung zurückgehaltenen, magnetischen Partikelfraktion ist in der Mitte des Rotationsweges zwischen den sich gegenüberliegenden Polschuhen angeordnet. Hier neutralisiert sich das magnetische Feld aufgrund der unterschiedlichen Polarität der Polschuhe weitgehend, so dass Teile der magnetischen Partikelfraktion schwerkraftbewirkt aus den Matrixboxen fallen. Noch zurückgehaltene Anteile werden unter vergleichweise hohem Druck mit einem Spülfluidstrom, typischerweise Wasser, und ggf. auch unter zusätzlichem Einsatz eines Hochdruckgasstroms entfernt und nach unten ausgetragen. Die nach unten aus den Matrixboxen austretenden Fluide und Partikel werden in Auffangrinnen gesammelt und jeweils entsprechend abgeleitet. Die Anordnung aus den soweit beschriebenen drei Stationen wiederholt sich symmetrisch auf der anderen Seite, d. h. auf dem Rückweg der Matrixboxen vom zweiten zum ersten Polschuh. Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Details des Gutein- und Gutaustrags festgelegt; vielmehr sind die Darstellungen zu den Vorrichtungen als ein vom Fachmann leicht zu modifizierendes Grundprinzip zu verstehen.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Figur näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen Starkfeldmagnetscheider im Ausführungsbeispiel mit zwei Rotorscheiben.
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In 1 ist schematisch ein Starkfeldmagnetscheider mit einem Rotor 1 dargestellt, dessen (im abgebildeten Ausführungsbeispiel) zwei Rotorscheiben 2a, 2b horizontal und übereinander angeordnet sowie drehbar auf einer Welle 3 gelagert sind und sich im Betrieb des Starkfeldmagnetscheiders um die von der Welle festgelegte vertikale Achse 4 drehen. Der Innenbereich der Rotorscheiben 2a, 2b besteht aus ferromagnetischem Material. Ringartig um den Umfang der Rotorscheiben 2a, 2b sind eine Mehrzahl von Matrixboxen 5 angeordnet, die nach oben und unten Öffnungen besitzen und in deren Innerem weichmagnetische Körper jeweils eine sogenannte Matrix 6 bilden. Im Ausführungsbeispiel besteht die Matrix 6 aus voneinander beabstandeten, verschleißfesten, geriffelten Stahlblechen, deren Oberflächen im magnetisierten Zustand für die Anhaftung magnetisch suszeptibler Teilchen geeignet sind. Durch Stromfluss in den Magnetspulen 7 wird in deren Innenraum ein magnetisches Feld erzeugt. Die statisch gelagerten Magnetspulen 7 werden von den als Spulenkern wirkenden Schenkeln je eines Jochs 8a, 8b getragen, wobei die Polschuhe 9a, 9b, 9c, 9d der C- bzw. U-förmigen Joche 8a, 8b auf Höhe der Rotorscheiben 2a, 2b paarweise einander genau gegenüberliegend in einem Abschnitt des Umfanges der Rotorscheiben 2a, 2b die Rotorscheiben 2a, 2b zangenartig, aber durch einen schmalen, mit Luft gefüllten Spalt beabstandet umfassen. Die beiden Polschuhe 9a, 9b, 9c, 9d eines jeden Jochs 8a, 8b sind dabei übereinander auf derselben Seite des Rotors 1 angeordnet, da jedes Joch 8a, 8b geometrisch von der oberen Rotorscheibe 2a zur unteren Rotorscheibe 2b führt. Der Stromfluss in den Magnetspulen 7 ist so gerichtet, dass an einer Rotorscheibe 2a, 2b gegenüberliegende Polschuhe 9a, 9b, 9c, 9d unterschiedliche magnetische Polarität besitzen.
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Bei Stromfluss in den Magnetspulen 7 wird durch das magnetische Feld in deren Innenraum in den Jochen 8a, 8b ein magnetischer Fluss erzeugt. Der magnetische Fluss bildet über die Joche 8a, 8b, die Polschuhe 9a, 9b, 9c, 9d und die Rotorscheiben 2a, 2b mit den Matrixboxen 5 hinweg einen geschlossenen Magnetkreis (mit Spalten im Bereich der beiden Rotorscheiben 2a, 2b). Dem erfindungsgemäßen Vorschlag folgend besteht jedes Joch 8a, 8b entweder aus einem Magnetwerkstoff aus mindestens 99,65% reinem Eisen, bevorzugt mindestens 99,85%, bei einem maximalen Kohlenstoffgehalt von 0,02%, bevorzugt maximal 0,01%, oder aus einer Eisen-Kobalt-Legierung mit einem Kobaltgehalt zwischen 15% und 50%, bevorzugt zwischen 15% und 20%. Die hierdurch gegebenen magnetischen Sättigungspolarisationen der Magnetwerkstoffe der Joche 8a, 8b von über 2,0 T (Richtwert) führen zu hohen magnetischen Feldstärken im Innenraum der Matrixboxen 5, wo die Trennung der magnetisch suszeptiblen Partikel stattfindet, und mithin zu einer hohen Separationswirksamkeit des Starkfeldmagnetscheiders. Darüber hinaus führen die günstigen Hysteresiseigenschaften der beiden magnetischen Werkstoffe zu einem im Vergleich zu herkömmlichen, mit Baustahljochen ausgestatteten Starkfeldmagnetscheidern reduzierten Energiebedarf der Magnetspulen 7, d. h. zu einer verbesserten Energieeffizienz der Anlage.
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Gemäß der vorbekannten Arbeitsweise des hier beschriebenen, nassbetriebenen Starkfeldmagnetscheidertyps wird die Suspension aus Trägermedium, z. B. Wasser, und den feinkörnigen Feststoffpartikeln durch Gutzuführungsleitungen einer Gutaufgabevorrichtung 10 an der Ecke eines jeden Polschuhs 9a, 9b, 9c, 9d kontinuierlich in den rotierenden Ring von Matrixboxen 5 aufgegeben. Während der Großteil der nicht-magnetischen und extrem schwach magnetischen Partikel nach unten aus der jeweiligen Matrixbox 5 austritt und über jeweils eine Sammelrinne 11 abgeleitet wird, werden unter dem Einfluss des Magnetfeldes die magnetisch hinreichend suszeptiblen Teilchen an der Matrix 6 zurückgehalten. Dabei wird durch Einschluss und Reibung auch ein Anteil nicht-magnetischer Partikel zurückgehalten. Dieser wird nach rotationsbedingtem Durchlaufen des Bereichs vor dem jeweiligen Polschuh 9a, 9b, 9c, 9d durch eine an der anderen Ecke des jeweiligen Polschuhs 9a, 9b, 9c, 9d angeordnete Waschvorrichtung 12 mittels eines Waschfluidstroms (nicht abgebildet) entfernt und durch zugehörige Austragsleitungen 13 abgeleitet. Die an den Matrizen 6 zurückgehaltene magnetisierte Partikelfraktion fällt im magnetisch nahezu neutralen Mittelbereich des Rotationsweges zwischen den Polschuhen teils schwerkraftbedingt aus den Matrixboxen 5. Der verbliebene magnetische Partikelanteil wird jeweils mittels einer in der Mitte angeordneten Spülvorrichtung 14 unter Einsatz eines Spülfluidstroms (nicht abgebildet), der gewöhnlich einen höheren Druck besitzen muss als der Waschfluidstrom, aus den Matrixboxen 5 entfernt und durch zugehörige Austragsleitungen 15 abgeleitet. Nach Durchlaufen dieser Stationen ist die angestrebte Sortierung geleistet.
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Der beschriebene Starkfeldmagnetscheider ist in einem stabilen, vorzugsweise aus Stahl gefertigten Rahmen (nicht abgebildet) gelagert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotor
- 2a
- Rotorscheibe (obere)
- 2b
- Rotorscheibe (untere)
- 3
- Welle
- 4
- Achse
- 5
- Matrixbox
- 6
- Matrix
- 7
- Magnetspule
- 8a, 8b
- Joch
- 9a, 9b, 9c, 9d
- Polschuh
- 10
- Gutaufgabevorrichtung
- 11
- Sammelrinne
- 12
- Waschvorrichtung
- 13
- Austragsleitung (Waschvorrichtung)
- 14
- Spülvorrichtung
- 15
- Austragsleitung (Spülvorrichtung)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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