DE19708710C1 - 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 Magnetic 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 im 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. 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 ausge­ setzt ist. In der Beschreibung zu der schematischen Darstel­ lung des Magnetabscheiders ist angegeben, daß ein zweiter Ma­ gnetabscheider in analoger Weise am unteren Ende der Spule an­ geordnet werden kann. Damit wäre nicht nur der Magnetfeldgra­ dient am oberen Ende der Spule nutzbar, sondern auch der Ma­ gnetfeldgradient am unteren Spulenende. Konstruktiv ist dieser Vorschlag jedoch nicht ohne weiteres realisierbar, denn die Ablaufrohre der beiden Vorrichtungen müßten an dem jeweilig gegenüberliegenden Magnetabscheider vorbeigeführt werden.

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 enthaltende diamagnetische Partikel strömen nach oben und ver­ lassen das Gehäuse durch den Überlauf.

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. Im unteren Bereich des Reaktors ist ein Permanent­ magnet oder eine elektrische Spule angeordnet. Demzufolge wird hier ebenso wie bei dem von R.P.A.R. van Kleef vorgeschlagenen Magnetabscheider nur der Magnetfeldgradient des oberen Be­ reichs des Permanentmagneten oder der Spule genutzt.

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. Auch hier findet sich die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes im unteren Bereich des Magnetabscheiders.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetabschei­ der der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem der Ma­ gnetfeldgradient sowohl des oberen als auch des unteren Berei­ ches der Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes ge­ nutzt werden kann. Der Magnetabscheider soll darüber hinaus so aufgebaut sein, daß sich mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine effiziente Durchmischung des Fluids erzielen läßt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im ersten Pa­ tentanspruch gekennzeichnete Merkmal gelöst. In den weiteren Patentansprüchen werden bevorzugte Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Magnetabscheiders angegeben.

Erfindungsgemäß umschließt die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes ausschließlich den mittleren Bereich des Magnetabscheiders, wenn der Magnetabscheider in den Innenraum der Einrichtung eingesetzt wird. Die Dimension des Ma­ gnetabscheiders wird im Verhältnis zum Innenraum der Einrich­ tung zur Erzeugung des magnetischen Feldes so gewählt, daß diese Bedingung erfüllt ist. Dies hat zur Folge, daß der Ma­ gnetabscheider von den Magnetfeldlinien sowohl am ersten als auch am zweiten Ende der Einrichtung zur Erzeugung des magne­ tischen Feldes durchsetzt wird. Da sich in diesen Bereichen das Magnetfeld stark ändert, bilden sich im Magnetabscheider eine mittlere Zone aus, die auf beiden Seiten durch Bezirke mit einem Magnetfeld mit großem Feldstärkegradienten begrenzt wird. Diese Bezirke bilden eine magnetische Barriere für die Partikel. Das Konzentrat, d. h. das Fluid mit den aufkonzen­ trierten Partikeln, wird daher auf die mittlere Zone begrenzt. Deshalb kann das von den Partikeln befreite Fluid im Gegensatz zum Stand der Technik auf beiden Seiten des Magnetabscheiders abgezogen werden.

Das Konzentrat dagegen wird mit Hilfe des Ablaufrohrs aus dem Magnetabscheider entfernt. Das Ablaufrohr mündet in der mitt­ leren Zone des Magnetabscheiders, d. h., in dem Bereich, in dem sich das Konzentrat sammelt.

Um das Konzentrat wirksamer der Mündung des Ablaufrohrs zuzu­ führen, ist es vorteilhaft, eine rotierende Räumvorrichtung vorzusehen, die in der Weise gestaltet ist, daß durch die Ro­ tation das Konzentrat an die Mündung des Ablaufrohrs gefördert wird.

Ein wesentlicher Nachteil insbesondere des bei R.P.A.R. van Kleef et al beschriebenen Magnetabscheiders besteht darin, daß die Partikel im Gehäuse des Magnetabscheiders anhaften und sich nicht mehr durch das Ablaufrohr entfernen lassen. 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- oder para­ magnetischen 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 die Mündung des Ablaufrohrs er­ reichen. Ein zweites Problem ist, daß es wegen der üblicher­ weise verwendeten starken Magnetfelder zu einer Partikelagglo­ meration innerhalb des Gehäuses kommt. Die ferro- oder parama­ gnetischen Partikel bilden ein relativ festes, zusammenhängen­ des Bett, das von der zulaufenden Suspension nicht mehr gleichmäßig durchströmt wird. Vielmehr treten neben kompakten, nicht durchströmten Bereichen rasch durchströmte "Kanäle" auf. Innerhalb dieser "Kanäle" ist die Strömungsgeschwindigkeit stark erhöht, wodurch die Partikel die magnetische Barriere durchbrechen, mit dem Fluid weitertransportiert werden und in den Auslauf für das gereinigte Fluid gelangen, so daß sich die Abscheideleistung verschlechtert.

Diesen Effekten kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung da­ durch begegnet werden, daß ein um seine Längsachse drehbares Zulaufrohr eingesetzt wird, das an seiner Mündung mit Mitteln zum radialen Ausströmen des Fluids versehen ist. Solche Mittel können insbesondere ein oder mehrere abgewinkelte Rohre sein, die an der Mündung des Zulaufrohrs angebracht sind und die be­ wirken, daß das Fluid in Richtung auf die Innenwand des Gehäu­ ses austritt. Werden mehrere solcher abgewinkelter Rohre vor­ gesehen, werden diese Rohre vorzugsweise versetzt angebracht, wobei mit einer unterschiedlichen Länge parallel zur Längsachse das Fluid besonders effektiv durchmischt wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Magnetabscheiders besteht darin, daß das Auslaufrohr für das Konzentrat innerhalb des drehbaren Zulaufrohrs geführt wird. Damit kann der Magnetabscheider besonders kompakt aufge­ baut werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer in der Figur dar­ gestellten Ausführungsform des Magnetabscheiders näher erläu­ tert.

Die Figur zeigt einen Magnetabscheider mit einem zylindrischen Gehäuse 1, das auf beiden Seiten durch Flanschverbindungen 2, 3 abgeschlossen ist. Beide Flanschverbindungen 2, 3 enthalten Rohre 4, aus denen das gereinigte Fluid abläuft. Im oberen Flansch 2 sind außerdem Stellschrauben 5 zur Einstellung der Lage des Magnetabscheiders relativ zu der elektrischen Spule 6 vorgesehen.

Durch einen Anschlußstutzen 7 fließt das von den Partikeln zu befreiende Fluid über das Zulaufrohr 8 in das Gehäuse 1 des Magnetabscheiders. Das Zulaufrohr 8 ist um seine Achse drehbar gelagert. Seine Mündung ist erweitert und mit einer Platte 9, die mehrere Durchbrüche besitzt, abgeschlossen. In die Platte 9 sind mehrere Querrohre 10 eingesetzt, die die radial abge­ winkelt und gegeneinander versetzt angeordnet sind, wobei auch ihre Länge in Richtung der Längsachse des Magnetabscheiders unterschiedlich ist. Durch die Querrohre 10 strömt das zu rei­ nigende Fluid in das Gehäuse 1 ein.

Der Magnetabscheider ist im Hohlraum der elektrischen Spule 6 in der Weise angeordnet, daß sich an den beiden Enden des Ge­ häuses 1 jeweils eine magnetische Barriere aufbaut; zwischen den beiden magnetischen Barrieren werden die Partikel aufkon­ zentriert. Da die Partikel durch die magnetischen Barrieren zurückgehalten werden, kann durch die Rohre 4 das gereinigte Fluid abfließen.

Das Konzentrat wird über das Ablaufrohr 11 aus dem Ma­ gnetabscheider entfernt. Das Ablaufrohr 11 umschließt in der gezeigten Ausführungsform das Zulaufrohr 8 und rotiert zusam­ men mit diesem. An der Mündung des Ablaufrohres 11 ist eine Räumvorrichtung 12 fest angebracht, die die Form einer runden Scheibe aufweist und im Querschnitt dreieckig ist. Innerhalb der Scheibe verläuft ein Rohr 13, das am Rand der Scheibe of­ fen ist und dessen Mitte mit dem Ablaufrohr 11 verbunden ist. Durch die mit dem Zulaufrohr 8 rotierende Räumvorrichtung wird das Konzentrat in das Ablaufrohr gefördert.

Claims (6)

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 parallel zur Längsachse angeordneten Zulaufrohr für das Fluid mit den suspendierten magnetisierbaren Partikeln, dessen Mündung sich im Gehäuse befindet und mit Mitteln zum radialen Ausströmen versehen ist, und
• c) einem Ablaufrohr für das Konzentrat mit einer Mündung in einer Zone des Gehäuses, in der die Einrichtung zur Er­ zeugung des magnetischen Feldes ein maximales Feld lie­ fert,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• d) der Magnetabscheider im Vergleich zum Innenraum der Ein­ richtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes so dimen­ sioniert ist, daß der Innenraum ausschließlich einen mittleren Bereich des Magnetabscheiders umschließen kann.

2. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zulaufrohr drehbar mit dem Gehäuse verbunden ist.

3. Magnetabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mündung des Zulaufrohrs mindestens ein in der Weise abgewinkeltes Rohr angebracht ist, daß das Fluid im wesent­ lichen radial zur Längsachse ausströmt.

4. Magnetabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere radial abgewinkelte Rohre vorgesehen sind, die ver­ setzt angeordnet sind.

5. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß das Zulaufrohr das Ablaufrohr umschließt.

6. Magnetabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ablaufrohr eine Räumvorrichtung fest angebracht ist, die in der Weise gestaltet ist, daß sie bei sich drehendem Ab­ laufrohr das Konzentrat in das Ablaufrohr fördert.