DE2650528A1

DE2650528A1 - Magnetscheider

Info

Publication number: DE2650528A1
Application number: DE19762650528
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dueren; Siegfried Foerster; Franz Graf; Klaus-Peter Dipl Phys Juengst; Wolfgang Dipl Ing Lehmann; Guenter Dipl Phys Dr Ries; Karl-Heinz Dipl Phys Unkelbach
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1976-11-04
Filing date: 1976-11-04
Publication date: 1978-05-18
Also published as: NO773769L; GB1575734A; GR63674B; CS208729B2; FR2369873B1; JPS5357566A; BR7707103A; FI61414B; ZA776335B; FR2369873A1; SE7712398L; FI61414C; FI773172A; CA1079688A; US4272365A

Description

Anlage zum Patentgesuch der H 76/51

Klöckner-Humboldt-Deutz SH/Sch

Aktiengesellschaft

vom 13. Oktober 1976 b

Magnetscheider

Die Erfindung "betrifft einen Magnetscheider zum Scheiden magnetisierbarer und nicht magnetisierbarer Teilchen in einer magnetisch durchfluteten Scheidezone, wobei das durch mehrere Magneten oder Magnetsysteme erzeugte Magnetfeld sich in einen in Eichtung der Scheidezone magnetisch offenen Feldraum erstreckt.

Ein charakteristisches Merkmal des Magnetsystems eines Magnetscheiders ist sein Feldlinienverlauf. Entsprechend des Feldlinienverlaufs werden offene und geschlossene Bauarten unterschieden. Bei der geschlossenen Bauart ist die Scheidezone zwischen den gegenüberstehenden Polen oder Polschuhen eines oder mehrerer Magneten angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine Feldausbildung mit kurzen freien Feldlinien von einem Pol zum anderen, die quer durch die Scheidezone

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verlaufen. Diese für Starkfeldmagnetscheider bevorzugte Ausführung erlaubt es, das Magnetfeld auf engstem Baum zu konzentrieren und eine sehr hohe Feldstärke zu erreichen. Durch die Anordnung der Magnetpole einander gegenüber verlaufen die Feldlinien auf dem kürzesten direkten Wege von einem Pol zum anderen. Im Gegensatz dazu liegen die Pole eines Magnetscheiders nach dem offenen System im wesentlichen nebeneinander, so daß die Feldlinien von einem Pol zum anderen gebogen durch den Eaum oberhalb der Pole verlaufen müssen. Sie erstrecken sich in den offenen Feldraum oberhalb der Pole, wobei die magnetische Feldstärke senkrecht zur Poloberfläche stark abnimmt.

Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung eines Magnetscheiders nach dem zuletzt beschriebenen offenen System. Es ist Aufgabe der Erfindung Magnetscheider nach dem offenen System zu verbessern und darüber hinaus eine prinzipielle Möglichkeit der Leistungssteigerung des offenen Systems anzugeben. Durch die technische Entwicklung von Verfahrensprozessen, wie z. B. der Direktreduktion, ist es notwendig geworden, um hochwertigste FE-Konzentra-te mit geringsten Verunreinigungen zu erhalten, eine noch weitergehende

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Zerkleinerung als "bisher vorzunehmen, die die Minerarkomponenten soweit wie möglich freilegt und isoliert. Hierdurch entstehen große Volumenströme feinster. Teilchen, die magnetisch aufbereitet werden müssen und Magnetscheider mit großen Arbeitsräumen notwendig machen. Große Arbeitsräume hinwiederum erfordern Magnetfelder großer Reichweite zur Erfassung der aufzubereitenden Seilchen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die das offene Feld der Scheidezone erzeugenden Magneten oder Magnetsysteme gleichsinnig angeordnet sind· Durch die erfindungsgemäße Anordnung ergibt sich ein offenes Feld, bei dem nicht wie bisher die magnetischen Feldlinien zwischen den nebeneinanderliegenden Polen verlaufen, sondern bei dem sich zwischen den einzelnen Magneten oder Magnetsystemen Gegenpole ausbilden, die zu einer größeren Feldliniendichte bei gleicher Magnet- oder Magnetsystemzahl führen. Dies hat eine Erhöhung der magnetischen Eräfte zur Folge. Vorteilhaft läßt sich dabei durch den Abstand und die Ausbildung der einzelnen Magneten oder Magnetsysteme eine spezielle Feldlinienausbildung erreichen, die gegenüber einer vergleichbaren Anordnung an der Oberfläche der Magneten oder Magnet-

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systeme einen geringeren, im größeren Abstand jedoch einen größeren Gradienten aufweist, so daß insbesondere große Arbeitsräume mit einem Magnetfeld ausgefüllt werden können. Das erfindungsgemäße Magnetfeld weist somit bezüglich des Gradienten eine bisher nicht erreichbare vorteilhafte Ausbildung auf. Diese Ausbildung des Gradienten hat eine bisher nicht erreichbare Gleichmäßigkeit in der Magnetscheidung offener Scheider zur Folge, so daß auch die höchsten Qualitätsanforderungen erfüllt werden können.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Magnetsysteme aus stromdurchflossenen Leiterspulen gebildet sind, die gleichsinnig vom Strom durchflossen werden. Hierdurch wird vorteilhaft einfach die erfindungsgemäße gleichsinnige Anordnung der Magnetsysteme erreicht.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die stromdurchflossenen gleichsinnigen Leiterspulen eisenlos ausgebildet sind. Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine Feldlinienausbildung zu erreichen, die sich an den stromdurchflossenen Leitern orientiert und Feldlinien erzeugt, wie sie mit Einzelpolen, deren Eisenkern die Feldlinien führt, nicht erreichbar sind.

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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Scheidezone mit Abstand von den Oberflächen der Magneten oder Magnetsysteme im offenen Feld angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders gut zugängliche Ausführung des Magnetscheiderraumes, bei der zudem der Baum zwischen der Scheidezone und der Oberfläche der Magneten oder Magnetsysteme zur Unterbringung eines Transportmittels, einer Isolierung oder eines Führungselements verwendet werden kann, ohne daß dadurch eine negative Beeinflussung des erfindungsgemäßen gleichmäßigen Magnetscheidefeldes erfolgt.

Dabei ist vorgesehen, daß der Mittenabstand (L) der einzelnen Magneten oder Magnetsysteme voneinander maximal 25 mal größer als der Abstand (Z ) der Scheidezone von der Oberfläche der Magneten oder Magnetsysteme ist und insbesondere in dem Bereich zwischen 15 : 1 und 10 : 1 liegt. Die angegebenen Verhältnisse ergeben sich aufgrund von Optimierungsrechnungen, die den Bereich um den Faktor 4Tf zwischen den beiden Abständen (L^ 4TT Z) als besonders günstig angeben, und führen insbesondere für die in der derzeitigen Magnetscheidung verwendeten sehr starken Magnetfelder von über 20 kilo Gauß zu einem für die Magnetscheidung feiner und

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feinster Teilchen besonders geeigneten Feld, das große Eeichweite mit großen Gradienten, d. h. Trennkräften, verbindet»

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die gleichsinnig vom Strom durchflossenen Leiterspulen supraleitend ausgebildet sind. Durch diese Maßnahme ergibt sich insbesondere für große Yolumenströme eine Möglichkeit der Erzeugung genügend starker Magnetfelder ohne die zugehörige Magnetapparatur zu sehr vergrößern und zu verteuern zu müssen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß durch die gewählten Abmessungen zwischen der Scheidezone und der Oberfläche des Magnetsystems ein Zwischenraum zur "Verfugung steht, der für die Isolierung des supraleitenden Magnetsystems verwendet werden kann, so daß die Kälteverluste auf ein erträgliches Maß verringert werden und eines der wesentlichsten Hindernisse für die Verwendung der Supraleitung im Magnetscheiderbau entfällt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die Magneten oder Magnetsysteme in einem weichmagnetischen Formteil eingebettet sind. Hierdurch ergibt sich eine vor-

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teilhafte magnetische Wechselwirkung zwischen den verwendeten Magneten oder Magnetsystemen und dem Grundkörper, in dem die einzelnen Elemente eingebettet sind, in der Weise, daß sie sich selbst in dem Grundkörper fixieren. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Magnetsystem besonders wichtig, da sich die Einzelpole mit erheblichen Kräften abstoßen und ein Einbau in eine gekrümmte Oberfläche sonst zu einem erheblichen konstruktiven Aufwand für die Halterung führen würde.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Leiterspulen Wicklungen aufweisen, die elliptisch oder in race-track Anordnung ausgeführt sind. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, insbesondere wenn die Spulenlänge der Breite des Arbeitsraumes entspricht, ein über die gesamte Breite des Arbeitsraumes gleichmäßiges Feld bezüglich der jeweiligen Feldstärkenänderung zu erhalten, so daß jedes Erzteilchen, gleichgültig wo es die Scheidezone durchläuft, den gleichen magnetischen Kräften, wie alle anderen Teilchen unterworfen wird. Die Anwendung solcher gestreckten Magnetspulen ist zwar bereits aus der Magnetschwebetechnik bekannt. Hier hat sie jedoch lediglich den Zweck, die Zahl

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der benötigten Hagnetsysteme oder -Pole zu verringern, während sie "bei der erfindungsgemäßen Verwendung eine andere Aufgabe haben, nämlich die Gleichmäßigkeit des Feldes und der auftretenden Gradienten zu gewährleisten.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Spulen ist dabei vorgesehen, daß die Wicklungen der Leiterspulen an den schmalen Enden größere Abstände zwischen den einzelnen Leitern aufweisen als an den Längsseiten. Durch diese Maßnahme wird eine unerwünschte punktuelle Verstärkung des Magnetfeldes an den Enden vermieden und ein tatsächlich über die ganze Spulenlänge gleichmäßiges Magnetfeld erreicht. Die Größe der Auffächerung der Leiter an den. Enden ist dabei von der Spulengeometrie abhängig.

Zur Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen., daß der Magnetscheider als iDrommelmagnetscheider ausgebildet ist, wobei die elliptischen oder race-track-Spulen in ihrer Längserstreckung in Richtung der Achse der Trommel verlaufen. Hierdurch ergibt sich für einen Trommelmagnetscheider eine besonders günstige Ausführung mit gleichen Scheidekräften für alle die Scheidezone durchlaufenden Teilchen, wenn die Gutführung in Richtung der Umfangslinien der Trommel erfolgt. Bei einer Gutführung parallel zur Achse der Trommel, ähnlich einem Kreuzbandscheider, ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung weiterhin vorteilhaft eine unterschiedliche Ablenkung

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schwach und stark magnetisierbarer Teilchen von der Zuführrichtung, so daß hiermit eine Trennung der verschiedenen Gangarten schwach, mittel und stark magnetisierbar mit einfachen Mitteln möglich ist.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Spulen in Sichtung der Trommeloberfläche gekrümmt sind und daß die Längen der Achsen der Spulen von den äußeren Lagen zu den inneren Lagen hin abnehmen. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte räumliche Anpassung der Magnetsysteme an die Geometrie der Trommel, die für den Scheideraum überall gleiche Verhältnisse schafft und gleichzeitig den Einsatz von Spulen größerer Länge ermöglicht, obwohl die räumlichen Verhältnisse im Inneren der Trommel begrenzt sind.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das weichmagnetische Formteil als ebene Fläche ausgebildet und daß diese schwenkbar in Bezug zur Horizontalen ist. Hierdurch ist eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips auf Scheider großer Durchflußlänge und langer Verweilzeit der aufzubereitenden Teilchen mit Einstellung der unterschiedlichsten Geschwindigkeitsverhältnisse möglich, so daß eine Anpassung an alle Erfordernisse der Aufbereitungstechnik erfolgen kann.

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Die Anwendung von gleichgerichteten Magnetpolen in einer Trommel zur Magnetscheidung ist zwar bereits aus der deutschen. Patentschrift 919 641 bekannt, Hierbei handelt es sich jedoch nicht, wie für die Erfindung vorausgesetzt, um ein. offenes System, sondern um ein geschlossenes Magnet system, bei dem die jeweilige Trommeloberflache wie ein Einzelpol wirkt und mit einer gegenüberliegenden mit magnetischen Jochen verbundenen entsprechend anders gepolten Trommel in Wirkverbindung steht. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird dadurch weder nahegelegt, noch vorweggenommen.

Die Erfindung wird anhand von Bildern näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Feldlinienverlauf eines geschlossenen Magnetsystems in perspektivischer Darstellung und

Fig. 2 den schematischen Feldlinienverlauf eines offenen Magnetsystems in perspektivischer Darstellung sowie

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I'ig. 3 den schematisehen Feldlinienverlauf des

eriindungsgemäßen offenen eisenlosen Systems in perspektivischer Darstellung.

Des weiteren zeigt:

Fig. 4 die erfindungsgemäße Spulenanordnung im

Segment einer Trommel in der Aufsicht und

Fig. 5 die Spulenanordnung im Trommelsegment entlang der Linie V,V in Fig. 4.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind die unterschiedlichen Magnetsysteme und ihre schematischen Feldlinienverläufe dargestellt.

In Fig. 1 bezeichnet N den Nordpol 1 und S den Südpol 2 eines Magnetsystems mit einander gegenüberliegenden unterschiedlich großen Polen. Zwischen dem Nordpol Λ und dem Südpol 2 verlaufen die Feldlinien, die sämtlich geschlossen sind. Das Feld ist gleichmäßig, wenn man von Eandstörungen absieht. Diese die Feldlinien auf einer Seite verengende

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Polanordming zeigt das Prinzip des geschlossenen Magnetscheiders, das -vorzugsweise für Starkfeld-Magnet scheider angewandt wird.

Aus !"ig» 2 ersieht man die normale Ausführung des offenen Magnetsystems am Beispiel einiger gestreckter Pole. Hordpole 3 "»nd Südpole 4- sind abwechselnd nebeneinander angeordnet und die Feldlinien verlaufen gekrümmt von einem Pol zum nebenliegenden Pol. Ein erheblicher ϊβϋ der Feldlinien erstreckt sich in den freien Halbraum oberhalb der Polebene. Innerhalb des Magnetfeldes treten in der Eichtung senkrecht zur Poloberfläche sehr starke Feldstärkenunterschiede auf. Durch das Feld in unterschiedlichem Abstand hindurchtretende magnetische Partikel werden also sehr unterschiedlich stark magnetisiert. Praktisch nutzbar ist nur der Baum unmittelbar oberhalb der Polfläche.

Fig. 3 zeigt das erfindungsgemäße Magnetscheidersystem am Beispiel einiger eisenloser race-track-Leiterspulen. Die nebeneinander angeordneten Leiterspulen" 5 erzeugen Feldlinien, die bei gleicher Polzahl erheblich dichter verlaufen und weniger uugelenkt sind als bei den bisher üblichen offenen

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Systemen. In Verbindung mit den erfindungsgemäßen gestreckten Magnetspulen und optimalen Abständen ergibt sich, ein gleichmäßiges leid mit einer besonders günstigen Scheiderwirkung und großer Reichweite.

4 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung des Magnetsystems in einem Trommelmagnetseheider in der Aufsicht auf den Trommelmantel. Die Trommel weist nebeneinanderliegende leicht elliptische Magnetspulen 7 auf, die um ein weichmagnetisches wicklungsfreies Trommelteil 6 gewickelt sind. Durch die Stromrichtungspfeile 8 ist ersichtlich, daß alle nebeneinanderliegenden Spulen gleichsinnig wirken. Sie sind in das weichmagnetische Formteil 9 eingebettet, so daß sie trotz der Wölbung und der erheblichen zwischen ihnen wirkenden Abstoßungskräfte nach dem Prinzip des magnetischen Spiegels in der Trommel fixiert sind und eine gesonderte Befestigung entfallen kann.

Einen Querschnitt durch die Magnetspulen nach Fig. 4 entlang der Linien V,V zeigt Fig.· 5· Die Magnetspulen 7 sind in Richtung auf die Mittelachse 10 der Trommel dachförmig ver-

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jungt. Die Breite der Spulen 7 entsprechend der Trommellänge "bleibt dabei gleich« Auf diese Veise ist es möglich, das Innere der Trommel optimal auszunutzen und trotz der an sich ungünstigen Spulenanordnung, die sich durch die Anordnung der Spulenachse senkrecht zur Achse der Eolle ergibt, eine sehr große Feldstärke zu erzeugen. Auf die dachförmige Ausbildung kann verzichtet werden, wenn supraleitende Spulen verwendet werden, die auch bei kleinen Abmessungen große Feldstärken ermöglichen.

Die Anordnung der erfindungsgemäßen Leiterspulen in einer ebenen Platte, die horizontal beweglich ausgebildet ist, ist nicht gezeigt, da sie der abgewickelten Trommeloberflache der Fig. 4 entspricht. Lediglich die eventuelle Verkleinerung der Achsen der Spulen entfällt, da hier keine Platzprobleme auftreten.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf die genannten Beispiele beschränkt, sondern allgemein in der Magnetscheidetechnik möglich. So sind beispielsweise Schwachfeldscheider im Labormaßstab mit Permanentmagneten ebenso möglich, wie große Starkfeldscheider mit supraleitenden Spulen. In allen

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Anwendungsfällen ergeben sich die positiven, durch das gleichmäßig trennende Feld "bewirkten Folgen. Ebenso wenig wie das erfindungsgemäße Prinzip auf die Anwendung in Starkfeldscheidern beschränkt ist, ist es auch auf die Anwendung in eisenlosen Scheidern beschränkt. Zusammen mit passend geformten Scheideraumeinbauten ergeben sich eine Vielzahl von im einzelnen nicht beschriebenen vorteilhaften Wirkungen.

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Claims

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Patentansprüche

1. Magnetscheider zum Scheiden magnetisierbarer und nicht magnetisierbarer Teilchen in einer magnetisch durchfluteten Scheidezone, wobei das durch mehrere Magneten oder Magnetsysteme erzeugte Magnetfeld sich in einen in Richtung der Scheidezone magnetisch offenen Feldraum erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die das offene Feld der Scheidezone erzeugenden Magneten oder Magnetsysteme gleichsinnig angeordnet sind.

2. Magnetscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetsysteme aus stromdurchflossenen Leiterspulen gebildet sind, die gleichsinnig von Strom durchflossen werden.

3. Magnetscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromdurchflossenen gleichsinnigen Leiterspulen eisenlos ausgebildet sind.

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4-. Magnetscheider nach. Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidezone mit Abstand von den Oberflächen der Magneten oder Magnetsysteme im offenen Feld angeordnet ist.

5· Magnetscheider nach. Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Mittenabstand (L) der einzelnen Magneten oder Magnetsysteme voneinander maximal 25 mal
größer ist als der Abstand (Z ) der Scheidezone von der Oberfläche der Magneten oder Magnetsysteme.

6. Magnetscheider nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabstand (L) der einzelnen Magneten oder
Magnetsysteme voneinander zu dem Abstand (Z ) der Scheidezone von der Oberfläche der Magneten oder Magnetsysteme zwischen 15 zu 1 und 10 zu 1 liegt.

7. Magnetscheider nach Anspruch 1, 2, 3? 4-» 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die gleichsinnig vom Strom
durchflossenen Leiterspulen supraleitend ausgebildet
sind.

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8. Magnetscheider nach einem der Anspräche 1 "bis 7_? dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten oder Magnetsysteme in einem weichmagnetischen Formteil eingebettet sind.

9. Magnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterspulen Wicklungen aufweisen, die elliptisch oder in race-track-Anordnung ausgeführt sind·

10. Magnetscheider nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen, der Leiterspulen an den schmalen Enden größere Abstände zwischen den einzelnen Leitern aufweisen als an den Längsseiten..

11. Magnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetscheider als Trommelmagnetscheider ausgebildet ist, wobei die elliptischen oder race- track-Spulen (7) mit ihrer Längserstreckung in Eichtung der Trommelachse verlaufen.

12. Magnetscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrrichtung des die Scheidezone durchlaufenden Scheideguts in Richtung der Trommelachse über die Oberfläche des Trommelmagnetscheiders verläuft.

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15. Hagnetscheider nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben der längsangeströmten Trommel mindestens eine Auffangvorrichtung für das zur Seite ausgetragene Magnetgut angeordnet ist.

14. Magnetscheider nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterspulen (7) in Richtung der Trommeloberflache gekrümmt sind.

15. Magnetscheider nach Anspruch 11, 12, I3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Achsen der Spulen (7) von den äußeren Lagen zu den inneren Lagen hin abnehmen.

16. Magnetscheider nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische Formteil als ebene fläche ausgebildet ist,

17. Magnetscheider nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische Formteil schwenkbar zur Horizontalen ausgebildet ist.

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