DE2517857C2 - Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus einer Suspension - Google Patents
Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus einer SuspensionInfo
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Description
F = Xn,
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen bzw. Abscheiden von magnetisierbaren Teilchen
aus einem Flud, in dem sie suspendiert sind.
Es ist bekannt aus einem Flud Teilchen von unterschiedlicher volumetrischer magnetischer Empfindlichkeit
dadurch abzuscheiden, daß man das Flud durch eine Vorrichtung leitet, zu der eine Kammer
gehört die in einem Magnetfeld von hoher Stärke angeordnet ist, wie es sich z. B. zwischen den Polstücken
eines starken Elektromagneten oder im Inneren einer zylindrisch gewickelten hohlen Elektromagnetspule
erzeugen läßt, wobei die Kammer eine Einrichtung zum Konzentrieren des Magnetflusses enthält, bei der es sich
z. B. um eine Packung oder Füllung aus ferromagnetischem Material handeln kann. Solche Vorrichtungen
werden häufig als Naßabscheider verwendet, und Vorrichtungen dieser Art sind z. B. in den USA-Patentschriften
35 67 026 und 36 27 678 beschrieben.
Die Kraft, die in einem Magnetfeld auf ein kugelförmiges Teilchen aus magnetisierbarem Material
Hierin ist Xm die volumetrische magnetische Empfindlichkeit
des Materials, Dder Durchmesser des Teilchens, Haie magnetische Feldstärke und d///d die Geschwindigkeit,
mit der sich die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit von der Entfernung ändert Aus dieser
Gleichung ist ersichtlich, daß die auf das Teilchen wirkende Kraft nicht mehr zur magnetischen Feldstärke,
sondern auch zur Geschwindigkeit der Änderung
is des Magnetfeldes in Abhängigkeit vom Abstand proportional ist Soll ein kleines Teilchen aus paramagnetischem
Material aus einem nicht magnetisierbaren Material abgeschieden werden, ist es daher erforderlich,
ein Magnetfeld von hoher Stärke zu erzeugen, das sich
μ in Abhängigkeit vom Abstand schnell ändert; mit
anderen Worten, man benötigt ein sehr unhomogenes Magnetfeld. Bis jetzt verwendet man bei magnetischen
Naßabscheidern als Einrichtungen zum Konzentrieren des Magnetflusses in Abständen voneinander angeordnete
Platten, deren Oberflächen mit Nuten, Stegen oder Wellungen versehen sind, oder eine Packung, die aus
Stahlwolle oder einem Drahtgewebe besteht oder einzelne Teilchen, τ:. B. kleine Kugeln aus Stahl oder
Teilchen von unregelmäßigerer Form, z. B. Eisenfallspäne
oder Tapeziernägel.
Durch die Erfindung ist eine Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus einem Flud
geschaffen worden, die eine Abscheidungskammer aufweist welche mit zwei öffnungen versehen ist von
denen eine den Einlaß und die andere den Auslaß für das Flud bildet; in der Kammer ist zwischen dem Einlaß und
dem Auslaß ein ferromagnetisches Material angeordnet und es ist eine Einrichtung vorhanden, die dazu dient, im
Bereich der Kammer und dem darin angeordneten ferromagnetischen Material ein Magnetfeld zu erzeugen;
gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch verbessert daß das ferromagnetische Material
in Form eines schaumähnlichen Materials vorhanden ist, das in Verbindung miteinander stehende Hohlräume
enthält.
Das gemäß der Erfindung verwendete schaumähnliche ferromagnetische Material ermöglicht es dem in der
Kammer erzeugten Magnetfeld im Vergleich zu den bekannten ferromagnetischen Materialien in der Kammer
bei gleichem Strömungswiderstand eine größere Stärke anzunehmen und in höherem Maße unhomogen
zu werden. Mit anderen Worten, ein Flud, das durch das schaumähnliche ferromagnetische Material geleitet
wird, durchströmt eine große Anzahl von Bereichen, in denen ein starkes magnetisches Feld herrscht, ohne daß
der Bewegung des Fludes ein unerwünschter Strömungswiderstand entgegengesetzt wird. Das schaumähnliche
ferromagnetische Material läßt sich in der Kammer an Ort und Stelle leicht reinigen, doch läßt es
sich der Kammer auch zu Prüfungs- oder Wartungszwecken leicht entnehmen. Außerdem hat dieses
Material eine ausreichende Festigkeit und Starrheit, so daß es beim Gebrauch die gewünschte Porosität
beibehält.
Bei dem schaumähnlichen ferromagnetischen Material, das bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach
der Erfindung verwendet wird, handelt es sich zweckmäßig um ein dreidimensionales Geflecht oder
Gitter aus ferromagnetischem Material von geringem
Raumgewicht, das aus Zellen besteht, jedoch im wesentlichen starr ist. Man kann ein geeignetes
schaumähnliches ferromagnetisches Material z, B, dadurch
herstellen, daß man einen elektrisch leitenden Schaum aus einem Kautschuk oder einem Kunststoff
mit einem ferromagnetischen Material galvanisch plattiert, woraufhin der Kautschuk bzw. der Kunststoff
auf chemischem Wege durch Auflösen oder durch Verbrennen entfernt wird, so daß ein dreidimensionales
Geflecht oder Gitter zurückbleibt, das ein großes Porenvolumen besitzt Die in Verbindung miteinander
stehenden Hohlräume bilden vorzugsweise etwa 60 bis etwa 98 Volumenprozent des schaumähnlichen Materials.
Gemäß der Erfindung liegt die Porosität des is
schaumähnlichen ferromagnetischen Materials vorzugsweise zwischen etwa 75 und etwa 97 Volumenprozent,
denn bei einem solchen Material sind die Festigkeit und die Starrheit ausreichend, und gleichzeitig setzt dieses
Material dem Hindurchströmen eines Fludes einen geringen Widerstand entgegen. Als Beispiel für ein
geeignetes ferromagnetisches schaumähniiches Material sei das unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung
»Retimet« erhältliche Material genannt Bsi dem
ferromagnetischen Material handelt es sich vorzugsweise um Weicheisen, vernickeltes Weicheisen, Eisen-Silizium-Legierungen,
Eisen-Nickel-Molybdän-Legierungen, Eisen-Kobalt-Legierungen oder reines Kobalt, doch ist
es auch möglich, andere ferromagnetische Materialien zu verwenden, z. B. Nickel, Chrom-Nickel-Legierungen
oder nichtrostendes Eisen. Das bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete schaumähnliche ferromagnetische
Material bietet den Vorteil, daß Größe und Form der Hohlräume während des Gebrauchs unverändert
bleiben und daß im Inneren des Materials eine große Anzahl von Bereichen vorhanden ist, in welchen
die Stärke des Magnetfeldes hoch ist wobei diese Bereiche durch andere Bereiche voneinander getrennt
sind, in denen die Stärke des Magnetfeldes gering ist, so daß ein sehr unhomogenes Magnetfeld zur Verfügung
steht.
Das schaumähnliche ferromagnetische Material wird vorzugsweise in Gestalt einer Packung verwendet die
sich aus mehreren getrennten Elementen aus dem schaumähnlichen Material zusammensetzt. Hat die
Kammer z. B. eine zylindrische Form, werden aus dem schaumähnlichen ferromagnetischen Material vorzugsweise
mehrere scheibenförmige Elemente hergestellt. Die Verwendung solcher Elemente erleichtert das
Reinigen und Auswechseln solcher Teile der Packung, die sich möglicherweise mit Teilchen zugesetzt haben.
Die das schaumähnliche ferromagnetische Material aufnehmende Kammer besteht vorzugsweise aus einem
unmagnetischen Material. Um in der Kammer ein starkes Magnetfeld zur Wirkung zu bringen, kann man
die Kammer zwischen den Polstücken eines starken Elektromagneten anordnen. Alternativ ist es möglich,
die Kammer im Inneren einer zylindrisch gewickelten Elektromagnetspule unterzubringen. Im letzteren Fall
hat die Kammer vorzugsweise eine zylindrische Form, und die Magnetspule kann in einer dazu passenden
Aussparung eines Rückleitungsjochs aus ferromagnetischem Material angeordnet sein, welches die Magnetspule
und die Kammer umschließt. Das Magnetfeld hat vorzugsweise eine Stärke von mindestens 5000 Gauß,
jedoch zweckmäßig mindestens eine Stärke von 15 000 Gauß. Noch höhere Werte der Feldstärke in der
Größenordnung von 30 VM Gauß oder darüber lassen
sich ohne weiteres mit Elektromagneten erzielen, bei denen die Erscheinung der Supraleitfähigkeit ausgenutzt
wird.
Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnung an Ausführungsbeispielen
näher erläutert
Die Zeichnung zeigt eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer Abscheidungsvorrichtung.
Zu der Vorrichtung nach der Zeichnung gehört eine Abscheidungskammer 1 aus einem nicht magnetisierbaren
Material mit einer Eintrittsöffnung 2 und einer Austrittsöffnung 3 für ein Flud, das suspendierte
magnetisierbare Teilchen enthält Im Gegensatz zur Zeichnung könnte man die Strömungsrichtung des
Fludes auch umkehren, so daß die öffnung 2 den Auslaß und die öffnung 3 den Einlaß bildet Die Kammer 1 ist
mit mehreren Kissen oder scheibenähnlichen Elementen 4 gefüllt die jeweils aus einem schaumähnlichen
ferromagnetischen Material bestehen. Die Kammer 1 ist von einer Elektromagnetspule 5 umschlossen, die in
einer Aussparung eines ferromagn-....«sehen Rückleitungsjochs
untergebracht ist, welches sich aus einem Ringteil 6, einem Oberteil 7 und einem Unterteil 8
zusammensetzt Das Oberteil 7 läßt sich abnehmen, um die Kammer 1 und die Packungselemente 4 zugänglich
zu machen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die
nachstehenden Beispiele, bei denen eine der Zeichnung im wesentlichen entsprechende Vorrichtung benutzt
wurde.
Eine entflockte wäßrige Suspension von Kaolin, das in Washington County, Georgia, V.StA. gewonnen
wurde, und bei der die Korngrößenverteilung derart war, daß 8 Gewichtsprozent aus Teilchen mit einem
äquivalenten Kugeldurchmesser von über 10 Mikron bestanden, während 58 Gewichtsprozent aus Teilchen
mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von weniger als 2 Mikron bestanden, wobei der anfängliche Gehalt
an Titandioxid 139 Gewichtsprozent betrug, wurde unter Benutzung einer Vorrichtung ähnlich der in der
Zeichnung dargestellten einer magnetischen Trennung unterzogen. Der Feststoffgehalt der wäßrigen Suspension
betrug 31 Gewichtsprozent. Die Abscheidungskammer 1 enthielt 23 Elemente 4 aus schaumförmigem
Nickel, wobei jedes Element eine Dicke von 13 mm, einen Durchmesser von 38,5 mm, eine spezifische
Oberfläche von 5600 m2/m3 sowie ein Porenvolumen
von 95^ Volumenprozent aufwies.
Bei einem ersten Lauf der Vorrichtung wurde eine
Probe der Kaolinsuspension durch die Magnetabscheidungskammer 1 mit einer Durchsatzmenge von
22OmI7TOn entsprechend einer linearen Strömungsgeschwindigkeit
von 19,8 cm/min 3 min lang hindurchgeleitet, während im Bereich der Kammer ein Msgnetfeld
mit einer Stärke von 15 000 Gauß aufrechterhalten wurde. Magnetisisrbare Teilchen wurden in den
Elementen 4 zurückgehalten, und die aus der Kammer 1 austretende Suspension wurde als Produkt gesammelt.
Während das Magnetfeld noch bestand, wurden die Elemente 4 mit reinem Wasser 2 min lang durchgespült,
umn mechanisch festgehaltene, nicht magnetisierbare Teilchen und nur locker festgehaltene magnetisierbare
Teilchen zu entfernen.
Hierauf wurde der Elektromagnet 5 abgeschaltet, und die Elemente 4 wurden mit unter Druck stehendem
Wasser 5 min lang durchgespült, um die noch vorhap.de-
nen magnetisierbaren Teilchen zu entfernen.
Dann wurde die Vorrichtung erneut unter Einhaltung der gleichen Parameter wie bei dem ersten Lauf
beschrieben, abgesehen davon, daß die Kaolinsuspension mit einer Durchsatzmenge von 310 ml/min
entsprechend einer linearen Strömungsgeschwindigkeit von 27,7 cm/min durch die Magnetabscheidungskammer
I geleitet wurde.
Der in Gewichtsprozent angegebene Gehalt des bei den beiden Läufen erhaltenen Produktes an Titandioxid
wurde ermittelt; die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.
| Durch- | TiO, in | |
| IaIiT- | Gewichts | |
| /eil | prozent | |
| min | ||
| Kaolin, unbehandelt | _ | 1.39 |
| Produkt des ersten Laufs | 3 | 1,14 |
| Produkt des zweiten Laufs | 7 | 1,21 |
Durchsatz
ml/min
TiO2 in Gewichts-
K.iolin. unbehandelt - 1,39
Produkt des ersten Laufs 220 1,07
Produkt des zweiten Laufs 310 1.20
Eine entschlackte wäßrige Suspension der gleichen Kaolinsorte wie bei dem Beispiel I wurde einer
magnetischer. Abscheidung in einer Vorrichtung ähnlich der in der Zeichnung dargestellten unterzogen. Der
Feststoffgehalt der Suspension betrug 31 Gewichtsprozent. In der Magnetabscheidungskammer befanden sich
23 Elemente 4 aus Nickelschaum mit einer Dicke von 13 mm. einem Durchmesser von 38,5 mm, einer
spezifischen Oberfläche von 5000 mVm3 und einem Porenvolumen von 95.5%.
Während eines ersten Laufs wurde eine Probe der Kaolinsuspension durch die Magnetabscheidungskammer
3 min lang mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 220 m/min entsprechend einer linearen Strömungsgeschwindigkeit
von 19,8 cm/min geleitet, während im Bereich der Kammer 1 ein Magnetfeld mit einer Stärke
von 15 000Gauß aufrechterhalten wurde. In den
Elementen 4 wurden magnetisierbare Teilchen zurückgehalten, und die von der Kammer abgegebene
Suspension wurde als Produkt gesammelt.
Während der Elektromagnet 5 noch eingeschaltet war. wurden die F'.emente 4 mit reinem Wasser 4 min
lang durchgespült, um mechanisch festgehaltene, nicht magnetisierbare Teilchen sowie nur locker festgehaltene
magnetisierbare Teilchen zu entfernen.
Hierauf wurde der Elektromagnet 5 abgeschaltet, und
die Elemente 4 wurden mit unter Druck stehendem Wasser 5 min lang durchgespült, um die noch vorhandenen
magnetisierbaren Teilchen zu entfernen.
Dann wurde ein zweiter Lauf unter Einhaltung der gleichen Parameter wie bei dem ersten Lauf durchgeführt,
abgesehen davon, daß die Kaolinsuspension 7 min lang durch die Magnetabscheidungskammer 1 geleitet
wurde.
Die in Gewichtsprozent gemessene Menge des Titandioxids, das bei beiden Läufen in dem Produkt
enthalten war, wurde ermittelt; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt
Eine Probe von Kaolin, das in Washington County, Georgia, V.St.A., gewonnen wurde, und bei der die
Korngrößenverteilung derart war. daß 8 Gewichtsprozent aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser
von über 10 Mikron und 58 Gewichtsprozent aus Teilchen mit einem äquivalenten Kugeldurchmesser von
weniger als 2 Mikron bestanden, wobei der anfängliche Gehalt an Titandioxid 1,62% betrug, wurde in Wasser
dispergiert, das als Dispergierungsmittel 0,066 Gewichtsprozent Natriumpolyacrylat und 0,089 Gewichtsprozent
Natriumsilikat bezogen auf das Trockengewicht df Kaolins enthielt. Der pH-Wert der Suspension
wurde mit Ammoniak auf 9,5 eingestellt, während der Feststoffgehalt auf 29 Gewichtsprozent eingestellt
wurde.
Diese Suspension wurde mk einer Durchsatzgeschwindigkeit
von 250 ml/min entsprechend einer linearen Strömungsgeschwindigkeit von 22,4 cm/min
durch die Magnetabscheidungskammer 1 geleitet, in der sich 23 Elemente 4 aus dem gleichen Nickelschaum wie
bei den Beispielen 2 und 1 befanden, während ein Magnetfeld mit einer Stärke von 15 000Gauß im
Bereich der Kammer 1 aufrechterhalten wurde. Die magnetisierbaren Teilchen wurden in den Elementen 4
festgehalten, und die von der Kammer abgegebene Suspension wurde als Produkt gesammelt.
Während der Elektromagnet 5 noch eingeschaltet war, wurden die Elemente 4 mit reinem Wasser
durchgespült, um physikalisch festgehaltene, nicht magnetisierbare Teilchen zu entfernen.
Hierauf wurde der Elektromagnet 5 abgeschaltet, und die Elemente 4 wurden mit unter Druck stehendem
Wasser duchgespült, um die noch vorhandenen magnetisierbaren Teilchen zu entfernen.
Das bei dem ersten Lauf erhaltene Produkt .urde dann erneut durch die Magnetabscheidungskammer 1
geleitet, und zwar mit einer Durchsatzgeschwindigkeit von 250 ml/min entsprechend einer linearen Strömungsgeschwindigkeit
von 22,4 cm/min, und hierbei wurde das Produkt in der gleichen Weise behandelt wie bei dem
ersten Lauf. In der gleichen Weise wurden drei weitere Läufe durchgeführt, so daß die Suspension insgesamt
einer fünfmaligen Behandlung unterzogen wurde.
Eine Probe des bei jedem Lauf erhaltenen Produktes wurde auf ihre »Helligkeit«, d.h. die prozentuale
Reflexion von Licht bei einer Wellenlänge von 458 nm, bezüglich ihrer »Helligkeit im gebleichten Zustand«
nach dem Bleichen mit Nalriumdithionit und bezüglich ihres Gehalts an T1O2 und Fe2C>3 in Gewichtsprozent
geprüft Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 zusammengestellt
| Probe | Hellig | Hellig | Gewichts | Fe2O3 |
| keit | keit nach | prozent an | 0,33 | |
| Bleichen | TiO2 | 0,32 | ||
| Suspension | 83,8 | 87,0 | 1.62 | 0,30 |
| Lauf 1 | 85,1 | 87,1 | 1,20 | 0,27 |
| Lauf 2 | 86,2 | 87,8 | 0,94 | 0,26 |
| Lauf 3 | 86,7 | 88,2 | 0,87 | 0,26 |
| Lauf 4 | 57,3 | 88,5 | 0.89 | |
| Lauf 5 | 88,0 | 89.0 | 0,89 | |
| Hierzu 1 | Blatt Zeichnungen | |||
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Teilchen aus einem sie enthaltenden Flud mit einer
Abscheidungskammer, die zwei öffnungen aufweist, von denen die eine einen Einlaß und die andere einen
Auslaß für das Flud bildet, einem in der Kammer zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordneten
ferromagnetischen Material sowie einer Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes im Bereich der
Kammer und des darin enthaltenen ferromagnetischen Materials, dadurch gekennzeichnet,
daß das ferromagnetische Material in Form eines miteinander in Verbindung stehende Hohlräume
bzw. Poren enthaltenden schaumähnlichen Materials (4) vorhanden ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das schaumähnliche ferromagnetische Material (4) die Form einer dreidimensionalen
Struktur hctf. eines Gitters aus ferromagnetischem
Materia! hat, das ein geringes Raumgewicht hat. Zellen enthält, jedoch im wesentlichen starr ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Verbindung miteinander
stehenden Hohlräume des ferromagnetischen Materials (4) etwa öO bis etwa 98 Volumenprozent des
schaumähnlichen Materials ausmachen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daD das ferromagnetische
Material (4) aus Weicheisen, vernickeltem Weicheisen, einer Eisen-Silizium-Legierung, einer Eisen-Nikkel-Molybdän-Legierung,
einer Eisen-Kobalt-Legierung oder aus Kobalt besteht
5. Vorrichtung nach eme*n der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß aiu dem schaumähnlichen
ferromagnetischen Material eine Packung gebildet ist die sich aus mehreren getrennten
Elementen (4) aus dem schaumähnlichen Material zusammensetzt.
ausgeübt wird, ist durch die folgende Gleichung
gegeben:
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