DE2616734A1 - Verfahren und vorrichtung zum modifizieren der effektiven groesse von teilchen von verschiedener magnetischer suszeptibilitaet, die miteinander vermischt und in einem fluid suspendiert sind - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH D-B MÖNCHEN 22

Dipl.-lng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraee 10

^r_ ,., „Annrn Φ (089) * 29 66 84

Dr. rer. not. W. KORBER Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE 15. April 1976

EKGLISH CLAYS LOVERING POCHIIi & COMPANY LIMITED
John Keay House

St. Austell, Cornwall / England PL 25 4DJ

Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zuir Modifizieren der effektiven Größe von Teilchen von verschiedener magnetischer Suszeptibilität, die miteinander vermischt und in einem Fluid suspendiert sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren der relativen effektiven Größen von Teilchen von verschiedenen magnetischen Suszeptibxlitaten, die miteinander vermischt und in einem Fluid suspendiert sind, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Teilchen von verhältnismässig hoher magnetischer Suszeptibilität von Teilchen von verhältnismässig niedriger magnetischer Suszeptibilität in einem Fluid.

Magnetische Trennverfahren und -vorrichtungen zum Trennen magnetisierbarer Teilchen von verschiedenen magnetischen

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Suszeptibilitäten in Suspension in einer Flüssigkeit sind an sich bekannt. Die verwendete Vorrichtung ist häufig ein Kaßmagnetscheider an sich bekannter Art, die gewöhnlich eine Trennkammer mit einem Fluideinlaß und einem Fluidauslaß besitzt, ferner einen Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Bereich der Trennkammer und eine Magnetflußkonzentrationseinrichtung um sicherzustellen, daß das magnetisierbar Feld innerhalb der Trennkammer ein niclihomogenes Magnetfeld ist. Das Magnetfeld kann beispielsweise durch einen Elektromagneten erzeugt werden, der supraleitend ist und magnetische Feldstärken von über 30 000 Gauss erzeugt. Die Magnetfluß-Konzentriereinrichtung kann eine Packung aus einer fluiddurchlässxgen Masse aus magnetisierbarem Material sein, die beispielsweise ein ferromagnetisches teilchenförmiges oder ferromagnetisches fadenförmiges Material innerhalb der Trennkammer enthalten kann. Ein geeignetes teilchenförmiges Material kann z.B. die Form von kleinen Kügelchen oder Pellets oder von Teilchen von unregelmässigeren Gestalt haben und ein geeignetes fadenförmiges Material kann die Form von Stahlwolle, eines Drahtgeflechtes oder von Drahtbündeln haben. Bei einem magnetischen Trennvorgang ist das Hauptziel im allgemeinen, magnetisierbare Teilchen von höherer magnetischer Suszeptibilität von magnetisierbaren Teilchen von niedrigerer magnetischer Suszeptibilität innerhalb eines Fluids zu trennen und dies kann dadurch erreicht werden, daß das Fluid, welches die magnetisierbaren Teilchen enthält, durch eine Trennkammer geleitet wird, die eine Packung aus magnetisierbarem Material (wie vorangehend beschrieben) enthält, wobei ein Magnetfeld innerhalb der Trennkammer erzeugt wird, so daß die magnetisierbaren Teilchen von höherer magnetischer Suszeptibilität magnetisiert und in der Packung angezogen sowie in dieser gehalten werden, während das Fluid und die Teilchen von niedrigerer magnetischer Suszeptibilität durch die Packung

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ORIGINAL INSPECTED

hindurchtreten. Die in der Packung zurückgehaltenen magnetisierbaren Teilchen können dadurch entfernt werden, daß die Trennkammer entmagnetisiert und die Packung mit reinem Wasser durchgespült wird.

Es kann mathematisch gezeigt werden, daß in einem einfachen Naßmagnetscheider mit einem Packungsmaterial, das durch einen einzelnen ferromagnetischen Draht mit dem Radius a und einer Sättigungsmagnetisierung von M gebildet wird, die Wahrscheinlichkeit, daß ein paramagnetisches Teilchen von dem Radius R und einer magnetischen Suszeptibilität )Cm, das in einem Fluid von der Viskosität T) enthalten ist, sich mit der Geschwindigkeit V mit Bezug auf den Draht in einem gleichmässigen Magnetfeld von der Feldstärke H bewegt, das in einer Richtung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Fluids angelegt ist, durch den Draht abgefangen w ird, dessen Längsachse in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes und zur Strömungsrichtung des Fluids gerichtet ist, mit dem Verhältnis V /V zunimmt, wobei V eine Größe mit den Dimensionen der Geschwindigkeit m

ist, welche als "magnetische Geschwindigkeit" bezeichnet werden kann und durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

Γ V. mHM R² 1

(.—^f—J

Wenn die Eigenschaften des Magnetfeldes, des ferromagnetischen Drahtes und der Flüssigkeit, in v/elcher die Teilchen suspendiert sind, konstant gehalten werden, ist die magnetische Geschwindigkeit V für das jeweilige Teilchen pro-

λ κι

portional X mR . Eine ähnliche Beziehung zwischen der magnetischen Geschwindigkeit und der magnetischen Suszeptibi-

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lität und dem Radius des Teilchens wird in der Tat auch bei irgendeiner anderen Form des Packungsmaterials erhalten. Es ist daher klar, daß bei einem Fluid, das magnetisierbare Teilchen enthält, die alle von annähernd der gleichen Größe sind, von denen einige jedoch eine relativ hohe magnetische Suszeptibilität haben und einige eine relativ niedrige magnetische Suszeptibilität, der Wirkungsgrad des Trennvorgangs von der Größe des Unterschiedes zwischen der relativ hohen magnetischen Suszeptibilität und der relativ niedrigen magnetischen Suszeptibilität abhängt. Wenn jedoch die magnetisierbaren Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität verhältnismässig klein sind und die magnetisierbaren Teilchen von relativ niedriger magnetischer Suszeptibilität verhältnismassig groß sind, die Werte von \ R und damit die magnetischen Geschwindigkeiten V für die beiden Teilchengruppen annähernd die gleichen sein können, so daß die Trennung durch das vorangehend beschriebene Verfahren schwierig oder unmöglich ist. Wenn beispielsweise eisenhaltiger Glimmer von Kaolinit magnetisch getrennt v/erden soll, hat der Glimmer die höhere Konzentration an Eisenverbindungen und daher die höhere magnetische Suszeptibilität, jedoch sind die Texlchengrößeverteilungen des Glimmers und des Kaolinits oft derart, daß viele Glimmerteilchen von kleinem Durchmesser den gleichen Wert desProdukts X. R und daher die gleiche magnetische Geschwindigkeit V wie viele Kaolinitteilchen von verhältnismässig großem Durchmesser haben, was zur Folge hat, daß die erhaltene Trennung von Glimmer und Kaolinit nicht sehr scharf ist, da viele feine Glimmerteilchen zu Sammelstellen innerhalb des magnetisierbaren Materials der Trennkammer in gleichem Maße wie viele grobe Kaolinitteilchen angezogen werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen

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Verfahrens zum Modifizieren der relativen effektiven Größen von Teilchen von verschiedener magnetischer Suszeptibilität, die miteinander vermischt und in einem Fluid suspendiert sind, unterscheidet sich dadurch, daß das Teilchengemisch in dem Fluid einem Magnetfeld von einer solchen Feldstärke und während eines solchen Zeitintervalls ausgesetzt wird, daß einige der Teilchen zur Bildung von Agglomeraten gebracht werden.

Nachdem die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität Agglomerate gebildet haben, können eine oder mehrere teilchenförmige Komponenten des Gemisches sehr vorteilhaft durch einen Trennvorgang getrennt werden, der durch die relativen effektiven Größen (und wahlweise auch durch die relativen magnetischen Suszeptibilitäten) der zu trennenden Teilchen beeinflußt wird. Die effektive Größe der Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität ist durch das Agglomerieren vergrössert worden. Es ist daher möglich, einen Trennvorgang nach dem Agglomerieren in der Weise durchzuführen, daß die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität von den Teilchen von relativ niedriger Suszeptibilität getrennt werden, welche Durchführung zum Trennen der Teilchen vor dem Agglomerieren unmöglich oder unwirksam war.

Der Trennvorgang kann beispielsweise ein Gravitations- oder Zentrifugal-Sedimentationsprozeß oder ein Magnetscheidungsprozeß sein. Es wurde festgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt, wenn das Gemisch aus teilchenförmigen Feststoffen vorwiegend aus sehr feinen Teilchen besteht, die beispielsweise eine so geringe Größe wie 2 Mikron oder weniger haben können.

Vorzugsweise v/erden die Agglomerate nur unter dem Einfluß des Magnetfeldes zusammengehalten, so daß sie sich in ihre

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einzelnen Teilchen trennen, wenn sie aus dem Magnetfeld herausgebracht werden oder wenn die Feldstärke des Magnetfeldes um mehr als um einen bestimmten Betrag herabgesetzt wird. Die magnetische Feldstärke muß derart sein, daß die Anziehungskraft zwischen zwei Teilchen unter der Wirkung des Magnetfeldes die Abstoßungskraft infolge gleicher elektrischer Ladungen auf den Teilchen überschreitet. Dem Teilchengemisch, das sich in dem Fluid in Suspension befindet, wird vorzugsweise ein Ausflockungsmittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zugesetzt, um sicherzustellen, daß im wesentlichen die ganze verfügbare Oberfläche der Teilchen eine elektrische Ladung von der gleichen Polarität trägt. So kann beispielsweise eine wäßrige Suspension eines Gemisches aus Kaolinit und Glimmerteilchen mit Hilfe eines wasserlöslichen Salzes einer PoIykieselsäure, eines wasserlöslichen kondensierten Phosphats oder eines wasserlöslichen Salzes einer Poly(akrylsäure) oder einer Poly(methakrylsäure) entflockt werden. Die Verwendung solcher Ausflockungsmittel gewährleistet, daß praktisch die ganze Oberfläche der Teilchen negativ geladen wird.

Eine zweite Durchführungsform der Erfindung zum Trennen von Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität von Teilchen von relativ niedriger magnetischer Suszeptibilität und von einem Fluid, in welchem die Teilchen miteinander vermischt und suspendiert sind, das Teilchen enthaltende Fluid durch eine fluiddurchlässige Masse aus magnetisierbarem Material geleitet wird, während das Letztere einem Magnetfeld ausgesetzt wird, so daß die magnetisierbaren Teilchen innerhalb des Fluids magnetisiert und zur Masse des magnetisierbaren Materials angezogen und in dieser gehalten werden, und die in der Masse magnetisierbaren Materials gehaltenen magnetisierbaren Teilchen entfernt werden,unterscheidet sich dadurch, daß das Teilchengemisch im Fluid einem

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Magnetfeld von einer solchen Feldstärke und während eines solchen Zeitraums ausgesetzt wird, daß die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität dazu gebracht werden, Agglomerate zu bilden, bevor das teilchenhaltige Fluid durch die Masse magnetisierharen Materials geleitet wird.

Sowohl die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität als auch die Teilchen von relativ niedriger Suszeptibilität haben vorzugsweise äquivalente Kugeldurchmesser von weniger als 10 Mikron. Die Teilchen haben vorzugsweise volumenmagnetische Suszeptibilitäten zwischen 10~⁵ und lo"³ (in S.I.-Einheiten).

Die Feldstärke des Magnetfeldes, dem das Teilchengemisch im Fluid ausgesetzt wird, um die Bildung von Agglomeraten der Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität herbeizuführen und das durchschnittliche Zeitintervall, dem jedes leuchen im Gemisch ausgesetzt wird, hängt von den tatsächlichen Größen und magnetischen Suszeptibilitäten der Teilchen im Gemisch ab. Die Feldstärke des magnetischen Feldes beträgt im allgemeinen zwischen 1 Tesla und 10 Tesla und das mittlere Zeitintervall, während welchem jedes Teilchen dem Magnetfeld ausgesetzt wird, ist zweckmässig länger als 2 Sekunden und vorzugsweise länger als 3 Sekunden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trennen von Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität von Teilchen von relativ niedriger magnetischer Suszeptibilität und von einem Fluid, in welchem die Teilchen miteinander vermischt und suspendiert sind, besitzt:

a) einen Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einer oder mehreren bestimmten Zonen;

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b) eine Trennkammer, die eine Packung aus einer fluiddurchlässigen Masse magnetisierbaren Materials enthält, so daß im Betrieb, wenn die Trennkammer in der bestimmten Zone bzw. in einer der bestimmten Zonen angeordnet ist, magnetisierbare Teilchen enthaltendes Fluid, das der Trennkammer aus der Vorkammer zugeführt wird, durch die erwähnte Packung fließt und magnetisierbare Teilchen innerhalb des Fluids magnetisiert werden und zur Packung angezogen und in dieser gehalten werden und

c) eine Einrichtung zum Entfernen der in der Packung gehaltenen magnetisierbaren Teilchen;

wobei sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch unterscheidet, daß eine Vorkammer vorgesehen ist, der im Betrieb das Teilchengemisch in einem Fluid zugeführt wird, wobei Agglomerate der Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität in dem Fluid gebildet werden, wenn die Vorkammer in der bestimmten Zone bzw. in einer der bestimmten Zonen angeordnet ist und das erhaltene Teilchen enthaltende Fluid und die Agglomerate im Betrieb der Trennkammer zugeführt werden.

Der Volumenstrom durch die Vorkammer des das Teilchengemisch enthaltenden Fluids hängt natürlich von dem Durchflußquerschnitt der Vorkammer und von der Verweilzeit des Fluids in der Vorkammer ab.

Vorzugsweise sind die Vorkammer und die Trennkammer in einem einzigen Behälter angeordnet und stehen in Fluidverbindung. Die Vorkammer und die Trennkammer können je einen Teil einer Einzelkammer bilden, jedoch sind vorzugsweise die beiden Kammern durch eine Trennwand voneinander getrennt, durch welche sich eine oder mehrere öffnungen erstrecken .

Die Vorkammer kann frei von einer Einrichtung zur Magnet-

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flußkonzentration sein oder eine solche Einrichtung enthalten, vorausgesetzt, daß diese Einrichtung nicht die Agglomeration von Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität behindert, die durch die Vorkammer hindurchtreten. Die Mittel zur Magnetflußkonzentration können eine Masse magnetisierbaren, vorzugsweise ferromagnetischen Materials sein. Die Einrichtung zur Magnetflußkonzentration ist gewöhnlich nur vorhanden, wenn ein kleiner Prozentsatz von Teilchen aus dem die Teilchen enthaltenden Fluid abgetrennt werden soll, welcher Prozentsatz durch Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität gebildet wird. Unter diesen Umständen soll die Packung von einer solchen Form sein, daß in der Vorkammer eine magnetische Feldstärke und ein Durchflußquerschnitt erhalten wird, bei welchen die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität von dem Fluid getrennt werden können, bevor das Fluid in die Trennkammer eintritt, während der große Anteil durch die Vorkammer in die Trennkammer gelangt.

Die magnetische Einrichtung kann durch zwei Magnete gebildet werden, von denen der eine ein Magnetfeld in der Vorkammer erzeugt und ein weiterer Magnet ein Magnetfeld in der Trennkammer bildet.

Gegebenenfalls kann die magnetische Einrichtung durch einen einzigen Magneten gebildet werden, der ein Magnetfeld sowohl in der Vorkammer als auch in der Trennkammer erzeugt.

Die theoretische Basis für die vorliegende Erfindung dürfte wie folgt sein:

Zwei Teilchen können als ein stabiles Agglomerat bildend betrachtet werden, wenn die potentielle Energie des Agglomerats um eine Energie größer als oder gleich 10 K„.T nied-

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driger ist als die Summe der potentiellen Energien der beiden Teilchen, wenn diese getrennt sind, wobei K_n die Boltzmann'sche Konstante ist und T die absolute Temperatur. Wenn zwei Teilchen beispielsweise vom Typ 1 und vom Typ 2 die magnetische Suszeptibilität £ ■, und den Radius R₁ bzw. die magnetische Suszeptibilität X₂ und den Radius R₂ haben, die derart sind, daß die magnetischen Geschwindig keiten V₁ und V₉ der beiden Teilchen die gleichen sind,

2 9

d.h. V₁ = X. .j.R₁ = V₂ = X-2'^R2 ' ^wobei X- 1 größer als ^C₂ ^{ist und R}i kleiner als R₂, beträgt die magnetische Feldstärke B₁₁ im freien Raum, die zur Bildung eines stabilen Agglomerate aus zwei Teilen vom Typ 1 notwendig ist, an nähernd dargestellt werden

_B . ,,180) ÖlV.¹².'!"^{31 1}

wobei .u die Permeabilität des freien Raumes ist und 2r₁ der Abstand ist, der die beiden Teilchen vom Typ 1 im Agglomerat trennt und von dem gesagt werden kann, daß er annähernd gleich 2R ist.

Daher ist

Γ—^—]

L y 2 3 /

ι K₁

1 2

Ähnliche Ausdrücke können für die magnetische Feldstärke im freien Raum erhalten werden, die notwendig ist, ein stabiles Agglomerat zu bilden, das aus einem Teilchen vom Typ und aus einem Teilchen vom Typ 2 gebildet wird, sowie für die magnetische Feldstärke im freien Raum, die notwendig ist, um ein stabiles Agglomerat aus zwei Teilchen vom Typ zu bilden.

f.> Π 9 B 4 4 / 0 ^c) U

Da die notwendige Feldstärke umgekehrt proportional der 3/2-Potenz des Teilchenradius ist und da K ι ^R-i = X. ₂ ^V^ ergibt sich, daß die notwendige Feldstärke proportional der Quadratwurzel des Teilchenradius ist, so daß

^B12 < ^B22

Die notwendige Bedingung, daß die Teilchen vom Typ 1 bevorzugt zu den Teilchen vom Typ 2 agglomeriert werden oder Teilchen vom Typ 1 und vom Typ 2 miteinander agglomeriert sind, besteht daher darin, daß die Feldstärke E des angelegten Magnetfeldes derart ist, daß

B₁₁ < B < B
¹¹ 12

Es wurde festgestellt, daß die magnetische Geschwindigkeit V eines Agglomerats aus zwei Teilchen vom Typ 1 etwa 4 χ so groß wie die magnetische Geschwindigkeit eines einzelnen Teilchens vom Typ 2 ist und es werden, vorausgesetzt, daß die Feldstärke des Magnetfeldes B größer als B- ist, jedoch geringer als B₂₂ r Teilchen vom Typ 1 in der Matrix eines Naßmagnetschexders etwa viermal so leicht wie Teilchen vom Typ 2 abgefangen. Wenn beispielsweise die Teilchen vom Typ 1 durch Glimmer mit einer massenmagnetischen Suszeptibi-

-4

lität von etwa 3.10 (in S.I.-Einheiten) und einem effektiven Teilchendurchmesser von etwa 1 Mikron gebildet werden und die Teilchen vom Typ 2 durch Kaolinit mit einer Massenmagnetischen Suszeptibilität von etwa 1.10 (in S.I.-Einheiten), haben diejenigen Kaolinit-Teilchen, welche die gleichen magnetischen Geschwindigkeiten wie die Glimmerteilchen haben, einen effektiven Teilchendurchmesser von etwa 1,7 Mikron. Aus diesen Werten können die folgenden FeId-

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stärken bestimmt werden:

2,9 Tesla

B₁₂ - 3,5 Tesla
B₂₂ " 3,8 Tesla

Damit bevorzugt Agglomerate der Micateilchen gebildet werden, soll das angelegte Magnetfeld eine Feldstärke B haben, die größer als 2,9 Tesla und geringer als 3,5 Tesla ist.

Die Verweilzeit der Teilchen in dem Bereich, in welchem das Magnetfeld während der Agglomeration erzeugt wird, ist vorzugsweise länger als ein Mindestwert, welche s die Zeit ist, die zwei benachbarte Teilchen brauchen, sich einander zur Bildung eines Agglomerate ausreichend eng anzunähern, und ist gegeben durch den Ausdruck

9b1 i ·' ro ) (_Λ _ ι

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"¹¹V/ H--

wobei s der mittlere Abstand ist, der anfänglich zwei benachbarte Teilchen in der Suspension trennt, ausgedrückt als Vielfaches des Radius der Teilchen, B die Feldstärke in Tesla eines Magnetfeldes ist, das ausreicht, eine Herabsetzung der potentiellen Energie der beiden ein Agglomerat bildenden Teilchen von lOk_,T im Vergleich zu der Summe der

potentiellen Energien der beidenTeilchen, wenn diese getrennt sind, herbeizuführen, wobei ,u die Permeabilität des freien Raumes (in S.I.-Einheiten) ist und \ und T^ die gleiche Bedeutung wie vor haben.

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Wie ersichtlich, ist die Zeit, die zwei benachbarte Teilchen für ihre Annäherung aneinander brauchen, umgekehrt proportional dem Quadrat der magnetischen Suszeptibilität der Teilchen. Die Teilchen von höherer magnetischer Suszeptibilität sind daher bei der Bildung von Agglomeraten die ersten und werden daher an den Sammelstellen des magnetisierbaren Packungsmaterials eines Naßmagnetscheiders bevorzugt gegenüber den Teilchen abgefangen, die von niederiger magnetischer Suszeptibilität sind, jedoch eine gröbere Anfangsteilchengröße haben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein zylindrischer Behälter 1 vorgesehen, dessen Länge beispielsweise 9,5 cm (3 Fuß) und dessen Aussendurchmesser 61 cm (2 Fuß) beträgt. Ein Einlaß 2 führt durch die eine Endwand des Behälters 1 in eine Vorkammer 3. In der Vorkammer 3 kann ein Magnetfeld mit Hilfe einer Magnetspule 4 erzeugt werden, die in Form eines Solenoids gewickelt ist. Die Vorkammer 3 steht durch eine öffnung 5 in einer Trennwand mit einer Trennkammer 7 in Verbindung, die mit einem fadenförmigen ferromagnetischen Material in Form einer rostbeständigen Stahlwolle 7A gepackt ist. In der Trennkammer kann ein Magnetfeld mit Hilfe einer weiteren Magnetspule 8 in Form eines Solenoids erzeugt werden. Ein Auslaß 9 führt

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aus der Trennkammer 7 durch die andere Endwand des Behälters 1 heraus. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Länge der Vorkammer 3 annähernd gleich der Länge der Trennkammer 7. Die Vorkammer 3 kann jedoch kürzer als die Trennkammer 7 sein und beispielsweise so klein sein, daß sie nur ein Fünftel der Länge der Trennkammer beträgt.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann dazu verwendet werden, Teilchen vom Typ 1, welche eine magnetische Suszeptibilität

und einen Radius von

haben, von Teilchen vom Typ einen Radius von R- haben, so daß

zu trennen, die eine magnetische Suszeptibilität von 'X_- „ und

Λ» 2^

*1 > X

₁ <

wobei beide Typen von Teilchen in einer entflockten wässerigen Suspension vorhanden sind. Die entflockte wässerige Suspension wird durch den Einlaß 2 in die Vorkammer 3 geleitet (die keinerlei Packung enthält), in welcher ein Magnetfeld von der Feldstärke B mit Hilfe der Magnetspule 4 erzeugt wird. Die magnetische Feldstärke B wird größer gewählt als

ItO

Λ, V·²

und geringer als

l8o\ /^uo ^KB^T -

*⁷

und die Verweilzeit t der Teilchen in der Vorkammer 3 wird so vorgesehen, daß sie mindestens 2 Sekunden und daß vorzugs-

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9 s⁵
t - -2Ö

(mit der Annäherung 1 - —ς· ~ 1)

Die Teilchen vom Typ 1 werden daher in der Vorkammer 3 im Vergleich zu den Teilchen vom Typ 2 bevorzugt agglomeriert.

Die wäßrige Suspension, die Agglomerate von Teilchen vom Typ 1 enthält, gelangt dann durch die öffnung 5 in der Trennwand 6 in die Trennkammer 7 und tritt durch die Stahlwolle 7A innerhalb der Trennkammer hindurch. Im Bereich der Trennkammer 7 wird ein Magnetfeld mit Hilfe der zweiten Magnetspule 8 erzeugt. Die Feldstärke dieses Magnetfeldes kann gleich der in der Vorkammer erzeugten oder kleiner als diese sein. Sie kann sogar etwas größer als die in der Vorkammer 3 erzeugte Feldstärke sein, soll jedoch nicht so groß sein, daß sie die Teilchen vom Typ 2 veranlaßt, Agglomerate zu bilden. Unter der Wirkung des Magnetfeldes in der Trennkammer 7 werden die magnetisierbaren Teilchen magnetisiert und zur Stahlwolle 7A angezogen und an dieser gehalten. Die behandelte Suspension verläßt die Trennkammer 7 durch den Auslaß 9.

Da die in die Trennkammer 7 eintretende Suspension Teilchen vom Typ 1 in Form von Agglomeraten von zwei oder mehr Teilchen enthält, ist die Abfangwahrscheinlichkeit von Teilchen vom Typ 1 in der Packung (die der magnetischen Geschwindigkeit proportional ist) mindestens um das Vierfache erhöht im Vergleich zu nicht agglomerierten Teilchen vom Typ 1 und vom Typ 2 bei sonst gleichen anderen Faktoren. Der effektive

Wert von X. R wird durch die Bildung von Agglomeraten erhöht und die magnetische Feldstärke H_ in der Trennkammer kann

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verringert oder der Durchmesser a der Fäden erhöht werden im Vergleich zu einem ähnlichen Naßmagnetscheider, der die Teilchen vom Typ 1 und vom Typ 2 trennen soll, ohne daß die Teilchen vom Typ 1 agglomeriert worden sind und ohne daß die Abfangwahrscheinlichkeit der Teilchen vom Typ 1 unter einen brauchbaren Wert herabgesetzt wird. Eine Herabsetzung der magnetischen Feldstärke H ermöglicht eine Einsparung sowohl an Herstellungs- als auch an Betriebskosten des Elektromagnets, während eine Zunahme des Fadendurchmessers der Packung einen grösseren Fluiddurchsatz durch den Magnetscheider ermöglicht, ferner eine leichtere Regenerierung des Packungsmaterials und eine niedrigere Geschwindigkeit der Suspension im Betrieb an den Fäden vorbei mit einer entsprechenden Verringerung der Gefahr, daß abgefangene magnetisierbare Teilchen von den Sammelstellen in der Packung weggespült werden.

Bei der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform der Erfindung ist ebenfalls ein zylindrischer Behälter 10 vorgesehen, der ähnliche Abmessungen wie der Behälter 1 nach Fig. 1 haben kann. Durch die eine Endwand des Behälters führt ein Einlaß 11 für eine entflockte wässerige Suspension eines Gemisches von Teilchen von relativ hoher und relativ niedriger magnetischer Suszeptibilität, während durch die andere Endwand des Behälters 10 ein Auslaß 12 für behandelte Suspension führt. Der Behälter 10 ist durch eine durchlochte Trennwand 13 in eine Vorkammer 14 und in eine Trennkammer 15 unterteilt. Ein einziger Elektromagnet 18 ist vorgesehen, um ein Magnetfeld von hoher Feldstärke sowohl in der Vorkammer 14 als auch in der Trennkammer 15 zu erzeugen. Die Vorkammer 14 kann sich von einem Zehntel bis zur Hälfte des Abstandes zwischen dem Einlaß 11 und dem Auslaß 12 erstrecken und ist im Gegensatz zur Vorkammer 3 nach Fig. 1 mit verhältnismässig feinen Fäden aus Stahlwolle 14A gepackt. Die Trennkammer 15 nimmt den rest-

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lichen Teil der Vorrichtung ein und ist mit gröberen Stahlwollefäden 15A gepackt.

Wenn eine wässerige Suspension, die magnetisierbäre Teilchen enthält, wie vorangehend beschrieben, in die Vorkammer

14 mit einer magnetischen Feldstärke B eingeleitet wird, die etwa von der gleichen Größe wie im Falle der ersten Ausführungsform gewählt ist, werden einzelne Teilchen vom Typ 1 zusammen mit einzelnen Teilchen vom Typ 2 innerhalb der Stahlwolle 14A abgefangen und gleichzeitig werden einige Teilchen vom Typ 1 dazu gebracht, Agglomerate zu bilden, die je aus zwei oder mehr Teilchen bestehen. In der Trennkammer

15 werden Agglomerate von Teilchen vom Typ 1 in der Stahlwolle 15A gesammelt, während praktisch alle Einzelteilchen sowohl vom Typ 1 als auch vom Typ 2 durch die Stahlwolle 15A hindurchtreten und mit der Suspension zum Auslaß 12 gelangen.

Die Fäden der Stahlwolle in der Vorkammer 14 und in der Trennkammer 15 sind vorzugsweise bandförmig. Die verhältnismässig feinen Fäden in der Vorkammer 14 können einen Querschnitt haben, dessen größte Abmessung etwa 20 Mikron beträgt, während die gröberen Fäden in der Trennkammer 15 einen Querschnitt haben können, dessen größte Abmessung etwa 70 Mikron beträgt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird das nachfolgende Beispiel gegeben.

Beispiel

Eine wässerige Suspension von Kaolinit, die Glimmer als Verunreinigung enthält, hatte einen Feststoffgehalt von

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20 Gew.% trockene Feststoffe und wurde mit 0,3 Gew-% Natriumhexametaphosphat bezogen auf das Gewicht des trockenen unreinen Kaolinits entflockt. Die Gliipmerverunreinigungen hatten eine höhere Konzentration an Eisenverbindungen als das Kaolinit und daher eine höhere keramische Suszeptibilität und waren in der Farbe dunkler. Der Glimmer hatte eine feine Teilchengröße und der mittlere Teilchendurchmesser betrug etwa 0,7 ,um und die magnetische Suszeptibilität

-4'

betrug etwa 10 MKS-Einheiten. In einer wässerigen Suspension mit einem Feststoffgehalt von 20 Gew.% betrug die durchschnittliche Trennung der Teilchen 2,88 ,um. Der Trennungsabstand s, ausgedrückt als Vielfaches des mittleren Radius der Teilchen betrug daher 2,88/0,7 = 4,11.

Die wässerige Suspension von unreinem Kaolinit wurde durch eine mit Glaswänden versehene Kammer geleitet, die in einem Magnetfeld von einer Feldstärke von 5 Tesla angeordnet war. Die Viskosität der Suspension bei Umgebungstemperatur betrug etwa 10 MKS-Einheiten.

Die Mindestverweilzeit der Teilchen in der Kammer zur Agglomeratbildung ist annähernd durch die folgende Gleichung gegeben:

Es wurde festgestellt, daß, wenn die entflockte wässerige Suspension durch die Glaswandkammer im Magnetfeld mit einer solchen Geschwindigkeit geleitet wurde, daß die mittlere Verweilzeit der Teilchen im Magnetfeld länger als 2,7 see. betrug, ein dunkles Band aus Glimmeragglomeraten sich in der Kammer in dem Bereich bildete, in welchem die Feldstärke

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am größten V7ar, und die Agglomerate begannen sich am Boden der Kammer abzusetzen.

Patentansprüche;

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Claims (17)

1. Patentansprüche ;

   Verfahren zum Modifizieren der relativen effektiven Größen von Teilchen von verschiedener magnetischer Suszeptibilität, die miteinander vermischt und in einem Fluid suspendiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch von Teilchen in dem Fluid einem Magnetfeld von einer solchen Feldstärke und für ein solches Zeitintervall ausgesetzt wird, daß einige der Teilchen dazu gebracht werden. Agglomerate zu bilden.
2. 2. Verfahren zum Trennen von Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität von Teilchen von relativ niedriger magnetischer Suszeptibilität und von einem Fluid, in welchem die Teilchen miteinander vermischt und suspendiert sind, bei welchem Verfahren das Teilchen enthaltende Fluid durch eine fluiddurchlässige Masse magnetisierbaren Materials geleitet wird, wobei das magnetisierbare Material einem Magnetfeld ausgesetzt wird, wodurch magnetisierbare Teilchen innerhalb des Fluids magnetisiert und zur Masse des magnetisierbaren Materials angezogen und in diesem gehalten werden, und die in der Masse des magnetisierbaren Materials gehaltenen magnetisierbaren Teilchen entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch von Teilchen im Fluid einem Magnetfeld von einer solchen Feldstärke und während eines solchen Zeitintervalls ausgesetzt wird.

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   daß die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität dazu gebracht werden, Agglomerate zu bilden, bevor das Teilchen enthaltende Fluid durch die Masse aus magnetisierbarer Material geleitet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausflockungsmittel dem Teilchengemisch im Fluid zugesetzt wird, bevor das Gemisch dem agglomerierenden Magnetfeld ausgesetzt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen vor dem Agglomerieren effektive Durchmesser von weniger als 10 Mikron haben.
5. 5. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen volumenmagnetische Suszeptibilitäten zwischen 10~ und 10 (in S.I.-Einheiten) haben.
6. 6. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld, dem das Teilchengemisch im Fluid ausgesetzt wird, um die Bildung von Agglomeraten herbeizuführen, eine Feldstärke zwischen 1 Teslar und 10 Teslar hat.
7. 7. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld, dem das Teilchengemisch

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   im Fluid ausgesetzt wird, um die Bildung von Agglomeraten herbeizuführen, auf jedes Teilchen während eines mittleren Zeitintervalls wirkt, das langer als 2 Sekunden ist.
8. 8. Verfahren nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität durch Glimmer gebildet werden und die Teilchen von relativ niedriger magnetischer Suszeptibilität durch Kaolinit gebildet werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 2, und den Ansprüchen3 - 8 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke des Magnetfeldes, dem das magnetisierbare Material ausgesetzt wird, nicht grosser als die Feldstärke des Magnetfeldes ist, dem das Teilchengemisch im Fluid ausgesetzt wird, um die Bildung von Agglomeraten herbeizuführen.
10. 10. Vorrichtung zum Trennen von Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität von Teilchen von relativ niedriger magnetischer Suszeptibilität und von einem Fluid, in welchem Teilchen miteinander vermischt und suspendiert sind, mit

    a) einer magnetischen Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einer oder mehreren bestimmten Zonen;

    b) einer Trennkammer, die eine Packung aus einer fluiddurchlässigen Masse aus magnetisierbarem Material enthält, wodurch im Betrieb, wenn die Trennkammer in der bestimmten Zone bzw. in einer der bestimmten Zonen

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    angeordnet ist, Fluid, das magnetisierbar Teilchen enthält und der Trennkammer von der Vorkammer zugeführt wird, durch die erwähnte Packung fließt und magnetisierbare Teilchen innerhalb des Fluids magnetisiert und durch die Packung angezogen und in dieser gehalten werden, und
    c) einer Einrichtung zum Entfernen aus der Packung der

    in dieser zurückgehaltenen magnetisierbaren Teilchen, gekennzeichnet durch eine Vorkammer (3, 14), der im Betrieb das Teilchengemisch in einem Fluid zugeführt wird, wodurch Agglomerate der Teilchen von relativ hoher magnetischer Suszeptibilität in dem Fluid gebildet werden, wenn die Vorkammer (3, 14) in der bestimmten Zone bzw. in einer der bestimmten Zonen angeordnet ist und das erhaltene Teilchen und Agglomerate enthaltende Fluid im Betrieb der Trennkammer (7, 15) zugeführt wird.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (3, 14) und die Trennkammer (7, 15) in einem einzigen Behälter (1) vorgesehen sind und in Fluidverbindung miteinander stehen.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (3, 14) von der Trennkammer (7, 15) durch eine durchlochte Trennwand (5, 12) getrennt ist.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (14) ferner eine Masse aus magnetxsierbarem Material (14A) enthält.

    609844/0914
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (14) eine Masse aus ferromagnetischem Material enthält.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Material rostbeständige Stahlv/olle ist.
16. 16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Einrichtung durch zwei Magnete (4, 8) gebildet wird, von denen der eine (4) ein Magnetfeld in der Vorkammer (3) erzeugt und ein v/eiterer Hagnet (8) ein Magnetfeld in der Trennkammer (7) erzeugt.
17. 17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Einrichtung durch einen einzigen Magneten (18) gebildet wird, der ein Magnetfeld sowohl in der Vorkammer (14) als auch in der Trennkainmer (15) erzeugt.

    Der Patentanwalt

    6098 4 4/0914