DE19708697C1 - Magnetabscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetabscheider gemäß dem Ober­ begriff des ersten Patentanspruchs.

Ein solcher Magnetabscheider ist aus der Veröffentlichung R.P.A.R. van Kleef, H.W. Myron, P. Wyder und M. R. Parker: "Application of Magnetic Flocculation in a Continuous Flow Ma­ gnetic Separator", IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Vol. MAG- 20, No. 5 (1984) 1168-1170 bekannt. Der Magnetabscheider be­ steht aus einem senkrecht angeordneten, zylindrischen Gehäuse, das in seinem unteren Teil konisch ausgezogen ist; er ist mit einem Zulaufrohr versehen, das in das Gehäuse hineinragt. Wie in einer schematischen Darstellung gezeigt ist, ist das untere Ende des Zulaufrohrs mit einer Prallplatte versehen, die in einem Abstand zur Mündung des Zulaufrohrs angebracht ist. Der untere Bereich des Gehäuses ist konisch geformt und läuft in ein Ablaufrohr aus. Ein weiteres Ablaufrohr ist als Überlauf ausgebildet; über dieses Ablaufrohr fließt das gereinigte Fluid aus der Vorrichtung. Die Vorrichtung wird zwischen die Polschuhe eines Permanentmagneten oder in den Hohlraum einer elektrischen Spule eingesetzt, wobei ein Teil des Gehäuses dem Bereich des größten Magnetfeldgradienten am oberen Ende der Spule ausgesetzt ist.

Die Vorrichtung dient zur Trennung diamagnetischer von ferro- und paramagnetischen Partikeln in Fluiden. Die Absetzrate der ferro- und paramagnetischen Partikel wird durch ein nicht ho­ mogenes magnetisches Feld, wie es am Rand einer elektrischen Spule auftritt, beträchtlich verstärkt. Unter dem Einfluß des inhomogenen Magnetfeldes ist die Absetzrate so groß, daß ferro- und paramagnetische Partikel entgegen dem Strom des Fluids nach unten gezogen werden. Der Magnetabscheider wird über das Zulaufrohr mit dem partikelbeladenen Fluid befüllt, das an der Prallplatte umgelenkt wird und in radialer Richtung in das Gehäuse einströmt. In dem Gehäuse erfahren ferro- und paramagnetische Partikel eine nach unten gerichtete magneti­ sche Kraft und verlassen das Gehäuse über den Auslauf am unte­ ren Ende des konischen Bereichs. Das Fluid und gegebenenfalls enthaltene diamagnetische Partikel strömen nach oben und ver­ lassen das Gehäuse durch den Überlauf.

Trotz seines einfachen Aufbaus hat sich dieser Magnetabschei­ der bisher in der Praxis nicht durchsetzen können. Hierfür sind vor allem zwei Effekte verantwortlich. Neben der ge­ wünschten, zur Strömungsrichtung antiparallelen Komponente be­ sitzt das Magnetfeld im Bereich des Gehäuses immer einen ge­ wissen Anteil, der senkrecht zur Strömungsrichtung wirkt. Hierdurch kommt es zu einer Kraft auf die ferro- und parama­ gnetischen Partikel in Richtung auf die Gehäusewand. Die re­ sultierende Anhaftung eines Teils der Partikel an der Gehäuse­ wand führt zu einer allmählichen Querschnittsverengung und dazu, daß diese Partikel nicht den konischen Bereich mit dem Auslaufrohr erreichen. Ein zweites Problem ist, daß es wegen der üblicherweise verwendeten starken Magnetfelder zu einer Partikelagglomeration innerhalb des Gehäuses kommt. Die ferro- und paramagnetischen Partikel bilden ein relativ festes, zu­ sammenhängendes Bett, das von der zulaufenden Suspension nicht mehr gleichmäßig durchströmt wird. Vielmehr treten neben kom­ pakten, nicht durchströmten Bereichen rasch durchströmte "Kanäle" auf. Innerhalb dieser "Kanäle" ist die Strömungsge­ schwindigkeit stark erhöht, wodurch die ferro- und paramagne­ tischen Partikel mit dem Fluid weitertransportiert werden und in den Auslauf gelangen, so daß sich die Abscheideleistung verschlechtert.

Die EP 0 014 802 B1 betrifft ein Verfahren zur Trennung eines heterogenen Katalysators, der ein magnetisches oder magneti­ sierbares Metall enthält, von einer flüssigen Phase. Die Druckschrift beschreibt einen Magnetabscheider zur Durchfüh­ rung des Verfahrens, bei der der Inhalt des Magnetabscheiders mit Hilfe eines mit Turbinenschaufeln versehenen Rührers ge­ rührt wird.

Ein weiterer Magnetabscheider ist in der GB 2 215 640 B be­ schrieben. Der Magnetabscheider wird diskontinuierlich betrie­ ben. Die Verteilung des zugeführten Fluids erfolgt an einem in den Magnetabscheider eingesetzten, hohlzylinderförmigen Prall­ blech, um das das Fluid spiralförmig geleitet wird.

Ein Beitrag zur Theorie magnetischer Abscheidemethoden findet sich in J. Svoboda: "Magnetic Methods for the Treatment of Mi­ nerals", Elsevier Science Publishers, Amsterdam 1987, pp. 316-322.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetabschei­ der der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem das zu­ strömende partikelbeladene Fluid gleichmäßiger im Gehäuse ver­ teilt und in Bewegung gehalten wird, so daß sich die Partikel allenfalls in geringem Ausmaß an der Gehäusewand absetzen.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst. In den weiteren An­ sprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Magnetabscheiders angegeben.

Erfindungsgemäß wird bei einem Magnetabscheider der eingangs genannten Art ein drehbares Zulaufrohr vorgesehen. Vorzugs­ weise ist an dem drehbaren Zulaufrohr mindestens ein Querrohr angebracht. Das Querrohr sitzt vorzugsweise rechtwinklig am Zulaufrohr; andere Winkel als der rechte sind jedoch ebenso möglich. Das Querrohr sollte rotationssymmetrisch zum Zulauf­ rohr angeordnet und mit Ausströmöffnungen für das Fluid verse­ hen sein, die entlang der Achse des Querrohrs angeordnet sind. Damit das Fluid aus den Ausströmöffnungen austritt, können die Enden des Zulaufrohrs und des Querrohrs verschlossen werden. Für den Fall, daß mehrere Querrohre vorgesehen sind, werden die Querrohre vorzugsweise gegeneinander versetzt an dem Zu­ laufrohr angebracht. Mit dieser Anordnung gelingt es, Ablage­ rungen an den Gehäusewänden weitgehend zu verhindern.

Eine weitergehende Vergleichmäßigung des Fluidstroms innerhalb des Gehäuses kann dadurch erreicht werden, daß in das Gehäuse ein oder mehrere Gitter quer zur Gehäuselängsachse eingebaut werden. Als Gitter eignen sich z. B. Drahtnetze aus einer un­ magnetischen Legierung oder einer Keramik mit einer Lochweite von 0,5 bis 2 mm und einer Drahtstärke von ca. 0,25 mm. Ein weiterer Vorteil solcher Gitter ist, daß es im Bereich des Gitters durch vermehrte Kollisionen zu einem Zusammenlagern von Feinstpartikeln und damit zu einer besseren Rückhaltung der Feinfraktion kommt.

Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Ma­ gnetabscheiders, bei der am Zulaufrohr außerdem eine konische Räumvorrichtung vorgesehen ist. Die konische Räumvorrichtung ist in der Weise gestaltet, daß die Partikel, die sich im ko­ nischen Teil des Gehäuses ansammeln, in das Ablaufrohr geför­ dert werden.

Der erfindungsgemäße Magnetabscheider enthält außerdem minde­ stens ein Filtratablaufrohr, das vorzugsweise im oberen Be­ reich angeordnet ist. Durch das Filtratablaufrohr verläßt das gereinigte Fluid den Magnetabscheider, während die aufkonzen­ trierten Partikel am Konzentratablaufrohr abgezogen werden.

Der erfindungsgemäße Magnetabscheider wird in eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Feldes eingesetzt. Diese Ein­ richtung kann eine elektrische Spule oder ein Permanentmagnet mit zwei Polschuhen sein. Der mittlere Bereich des Gehäuses soll dabei in der Zone der höchsten Gradienten der Magnetfeld­ stärke liegen. Diese Zone bildet für die Partikel eine magne­ tische Barriere. Um einen stationären Betrieb des Ma­ gnetabscheiders zu erreichen, ist es daher notwendig, die ak­ kumulierten Partikel über ein Ablaufrohr aus dem Magnetfeldbe­ reich abzuziehen. Hierbei ergibt sich das Problem, daß auch im Verlauf des Konzentratabzugs die Partikel eine magnetische Barriere überwinden müssen. Das Problem wird dadurch gelöst, daß der Querschnitt des Konzentratabzugs sehr klein im Ver­ gleich zur Austrittsfläche des Filtrats gewählt wird, wodurch die aus der hohen Strömungsgeschwindigkeit resultierenden starken hydrodynamischen Widerstandskräfte die Magnetkräfte überwinden können.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetabscheiders wird im folgenden anhand von Fig. näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt und

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform des Ma­ gnetabscheiders,

Fig. 3 eine Räumvorrichtung,

Fig. 4 ein Gitter.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetseparators. In einer Hohlwellenabdich­ tung 1 ist ein Zulaufrohr 2, das als Hohlwelle ausgebildet ist, drehbar gelagert. Die Hohlwellenabdichtung 1 und Filtra­ tablaufrohre 3 sind in einen Flanschdeckel 4 integriert, der auf einen Flanschring 5 am Gehäuse 6 des Magnetabscheiders aufgeschraubt werden kann. Der Flanschdeckel 4 und der Flan­ schring 5 sind über einen O-Ring 7 abgedichtet. Das Gehäuse 6 ist zylinderförmig; sein Durchmesser ist so gewählt, daß es in den Zentralen Hohlraum einer elektrischen Spule eingesetzt werden kann. Die Eintauchtiefe des Magnetabscheiders in den Hohlraum kann durch eine Höhenverstellung 8 variiert werden.

Das Zulaufrohr 2 endet über dem Boden des Gehäuses 6, der ko­ nisch geformt ist. An der Spitze des konischen Bodens mündet ein Konzentratablaufrohr 9 in das Gehäuse. Das Zulaufrohr 2 ist an seinem im Gehäuse liegenden Ende verschlossen. An die­ sem Ende ist das Zulaufrohr 2 fest mit einer Räumvorrichtung 10 verbunden; eine Ausführungsform der Räumvorrichtung 10 ist in Fig. 3 dargestellt.

Am Zulaufrohr 2 ist weiterhin symmetrisch ein Querrohr 11 mit verschlossenen Enden angebracht, das entlang seiner Längsachse mit Ausströmöffnungen 12 (siehe Fig. 2) versehen ist. Das Quer­ rohr befindet sich in demjenigen Teil des Gehäuses 6, der in den Hohlraum der elektrischen Spule eintaucht. Das Gehäuse 6 ist im Bereich zwischen dem Querrohr 11 und dem Flanschdeckel 4 mit zwei Gittern 14 (siehe Fig. 4) versehen, die auf Halte­ rungen 13 aufgelegt werden können.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Ma­ gnetseparator. Der Flanschdeckel 4 ist über Verschraubungen 15 mit dem Flanschring 5 am Gehäuse 6 verbunden. Am Zulaufrohr 2 ist das Querrohr 11 aufgesetzt, entlang dessen Längsachse die Ausströmöffnungen 12 rotationssymmetrisch angebracht sind. Weiterhin ist am Zulaufrohr 2 die Räumvorrichtung 10 befe­ stigt.

Fig. 3 zeigt eine anders geformte Räumvorrichtung 10, die ge­ bogene Räumblätter besitzt.

Fig. 4 zeigt ein Gitter 14, das von der Halterung 13 an der Gehäusewand 6 getragen wird.

Die nicht genannten Bezugszeichen in den Fig. 2 bis 4 entspre­ chen denjenigen in Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Magnetabscheider kann kontinuierlich be­ trieben werden. Das mit den abzutrennenden Partikeln beladene Fluid wird durch das in langsame Drehung versetzte Zulaufrohr 2 in das Gehäuse 6 eingeleitet. Über die Ausströmöffnungen 12 im Querrohr 11 verteilt sich das Fluid gleichmäßig; außerdem können dadurch Ablagerungen an den Wänden des Gehäuses 6 ver­ mieden werden. Im unteren Bereich der Vorrichtung, der auch den konischen Teil enthält, bildet sich im kontinuierlichen Betrieb eine Schlammzone, in der die Partikel aufkonzentriert sind. Das gereinigte Fluid verläßt den Magnetabscheider über die Filtratablaufrohre 3 im Flanschdeckel 4; die Partikel wer­ den durch die magnetische Barriere, die sich im Bereich der größten Feldstärkenänderung des Magnetfelds bildet, zurückge­ halten. Das Fluid mit den aufkonzentrierten Partikeln verläßt den Magnetabscheider über ein im konischen Bereich einge­ schraubtes Konzentratablaufrohr 9, dessen Querschnitt kleiner ist als der Querschnitt des Zulaufrohrs 2. Damit auch in dem konischen Bereich die Bildung von Ablagerungen an der Gehäuse­ wand vermieden werden kann, ist am Ende des Zulaufrohrs 2 die Räumvorrichtung 10 angebracht, die mit dem Zulaufrohr 2 in Drehung versetzt wird. Die Räumblätter sind in der Weise ange­ winkelt, daß sie auch im konischen Bereich sehr dicht an der Innenwand des Gehäuses 6 anliegen. Die rotierende Räumvorrich­ tung 10 bewirkt den Transport der aufkonzentrierten Partikel vor die Öffnung des Konzentratablaufrohrs. Im Falle wasserrei­ cher Partikel wie z. B. Hydroxidschlämmen, werden die Partikel zusätzlich kompaktiert, wodurch der Feststoffgehalt im Konzentratablaufrohr 9 gesteigert werden kann. Alternativ zu den in Fig. 2 gezeigten, planen Räumblättern sind in Fig. 3 gebogene Räumblätter dargestellt, die einen noch besseren Transport der Partikel zum Konzentratabzug hin ermöglichen.

Claims (4)

1. Magnetabscheider zum Abtrennen von in einem Fluid suspen­ dierten magnetisierbaren Partikeln in Form eines Konzen­ trats, in dem die Partikel in dem Fluid aufgeschlämmt sind, mit

• a) einem zylindrischen Gehäuse mit einer Längsachse, das in den Innenraum einer Einrichtung zur Erzeugung eines ma­ gnetischen Feldes einsetzbar ist,
• b) einem in das Gehäuse mündenden, entlang der Längsachse angeordneten Zulaufrohr für das Fluid, das mit Mitteln zum radialen Ausströmen des Fluids versehen ist und
• c) einem Ablaufrohr für das Konzentrat, dadurch gekennzeichnet, daß
• d) das Zulaufrohr um die Längsachse drehbar mit dem Gehäuse verbunden ist.

2. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Zulaufrohr mindestens ein in einem Winkel zur Längsachse angeordnetes Querrohr verbunden ist, das mit Ausströmöffnungen für das Fluid versehen ist.

3. Magnetabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse in einen konischen Bereich ausläuft, der in das Ablaufrohr übergeht, und an dem Zulaufrohr eine konische Räumvorrichtung angebracht ist, die in den konischen Be­ reich eingesetzt ist und die Partikel in das Ablaufrohr fördert.

4. Magnetabscheider nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Gehäuse mindestens ein Gitter senkrecht zur Längsachse angebracht ist.