DE3124276C2

DE3124276C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Materialien unterschiedlicher Dichte mittels ferromagnetischer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE3124276C2
Application number: DE3124276A
Authority: DE
Inventors: Toyohisa Sendai Miyagi Fujita; Junzo Prof. Shimoiizaka
Original assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Current assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date: 1980-06-24
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1986-08-14
Also published as: JPS5820657B2; FR2485398B1; JPS5710351A; US4347124A; FR2485398A1; DE3124276A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von nichtmagnetischen Stoffen, beispielsweise zur Trennung der nichtmagnetischen Bestandteile von Kraftfahrzeugschrott, nach dem spezifischen Gewicht mittels ferromagnetischer Flüssigkeiten. Die Trennung erfolgt erfindungsgemäß nach dem "Querstromprinzip" derart, daß die Trennzone so in den V-Spalt der die Magnetisierung der Flüssigkeit herbeiführenden Magnete verlegt wird, daß ihre obere Iso-Ebene den V-Spalt übergreift, wobei die gesamte Anordnung soweit quer zur Spaltlängsrichtung verschwenkt angeordnet ist, daß die Tangenten an die obere Iso-Ebene der Trennzone an allen Punkten eine Neigung gegen die Horizontale aufweisen. Durch Hintereinanderschaltung mehrerer auf unterschiedliche Magnetisierung und damit unterschiedlichen Auftrieb eingerichteter Magnetsätze können Gemische aus mehreren Materialien, beispielsweise Kupfer, Aluminium und Kunststoffe enthaltende Gemische selektiv getrennt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung nichtmagnetischer fester Materialien unterschiedlicher Dichte, die in einer ferromagnetischen Flüssigkeit - das ist eine oberflächenbehandelte magnetische Teile, beispielsweise eine kleinste Teilchen Magnetit (Fe₁O₄) enthaltende Flüssigkeit suspendiert und in der Flüssigkeit durch eine Trennzone mit einem sich V-förmig verjüngenden Spalt geleitet werden, in dem sich von den benachbarten Bereichen unterscheidende magnetische Auftriebskräfte wirken. Hierbei wird das Magnetfeld von einem Satz Magneten aufgebaut, die sich unter Bildung eines V-Spaltes mit ihren Polflächen gegenüberstehen.

Die Besonderheit eines derartigen Ferrofluids besteht darin, daß in einem Magnetfeld keine Dichteveränderung der Suspension hervorgerufen wird, das heißt die Lösung selbst magnetisch wirkt. Wenn sich also eine derartige Flüssigkeit in einem Magnetfeld //der Stärke dH/dx befindet, so wirkt die Kraft PX = M/4 π χ άΗ/dx in Richtung auf den Pluspol, wobei M die Magnetisierung (Gauß) des Ferrofluids in dem örtlichen Feld H bezeichnet. Wird nunmehr ein nichtmagnetischer fester Gegenstand mit dem Volumen Vm die Flüssigkeit eingebracht wird, dann wirkt auf diesen Gegenstand die Kraft Pl = Vx M/4 π χ dH/dx in Richtung auf den Minuspol. Diese Kraft wird als »magneticher Auftrieb« oder »Magnetische Hubkraft« bezeichnet, wobei in diesem Fall M durch die mittlere Magnetisierung der von dem festen Gegenstand verdrängten Flüssigkeit definiert ist.

Bei dem beispielsweise aus der US-PS 34 83 969 bekannten Verfahren zur Trennung von Materialien mit verschiedener Dichte, bei denen der V-Spalt durch zwei gegenüberliegende Polseiten eines Magnetsatzes gebildet ist, weist der V-Spalt eine in Spalt-Längsrichtung gerichtete Neigung auf, wobei der zwischen den Magneten gelegene Bereich die das Ferrofluid enthaltende, in Spalt-Längsrichtung geneigte Trennzone bildet, in der die Materialien je nach ihrer Dichte aufschwimmen bzw. mehr oder weniger schnell absinken und in unterhalb des V-Spaltes gelegenen Klassier-Kammern aufgefangen werden.

Es ist weiterhin aus der japanischen Patentanmeldung Sho-54-48 379 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von Materialien unterschiedlicher Dichte mit Hilfe von Ferrofluid bekannt geworden, bei denen ein Trennbehälter mit einer Trennwand über einem Magneten angeordnet ist und der Magnet zum Zweck der Veränderung seiner Stellung zur Trennwand zwischen den beiden Seiten des Behälters hin- und herbewegt wird, so daß sich die Lage der Isoflächen im Behälter verändert und die Partikel mit niedriger Dichte über die Trennwand überschwimmen und absinken, so daß sich im Ergebnis die Materialien unterschiedlicher Dichte beiderseits der Trennwand konzentrieren.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen haben sich - im Vergleich zu den herkömmlichen Trennverfahren - gut bewährt, es ist jedoch ihre Anwendbarkeit stark beschränkt, was seine Ursache darin hat, daß nur der zwischen den Magneten gelegene Bereich als Trennzone wirkt und demgemäß die maximal trennbare Teilchengröße auf die Größe des (geringsten) Abstandes zwischen den Magneten in der Trennzone begrenzt ist. Erhebliche Anteile der anfallenden festen Abfallmaterialien sind somit von der Trennung nach diesen Verfahren ausgeschlossen, so insbesondere Aluminiumteile aus Fahrzeugschrott, der nach den vorliegenden empirischen Ermittlungen derzeit einen großen Anteil an Stücken mit einer Länge zwischen 45 mm und 200 mm enthält und dementsprechend in einem gesonderten vorbereiteten Arbeitsgang vor dem Trennen gebrochen werden mul.i.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung

zugrunde, mit deren Hilfe nichtmagnetische Materialien ohne Größenbegrenzung klassiert werden können, und die Erfindung besteht darin, daß das Material quer zur Längsrichtung des schriig abfallend gekippten V-Spaltes am oberen Teil der Trennzone zugeführt wird und die Materialkomponenten hoher Dichte im Bereich des V-Spaltes abgetrennt werden, während die Materialkomponenten niedrigerer Dichte in der Schwebe gehalten und über den V-Spalt hinweg in den unteren Bereich der schrägliegenden Trennzonen geführt werden.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, bei dem die beiderseits außerhalb des V-Spaltes gelegenen Bereiche einen keiner Weitenbegrenzung unterliegenden Teil der Trennzone bilden, so daß Materialien jedenfalls dann unabhängig von ihrer Größe und in ausschließlicher Abhängigkeit von ihrer Dichte getrennt werden können, wenn die großstückiger vorliegenden Materialien eine geringere Dichte als die kleinstückig vorliegenden Materialien aufwaisen. Dies trifft für einen großen Teil der in der Praxis anfallenden Abfallmaterialien zu, beispielsweise beim Kraftfahrzeugschrott, der relativ großstückige Aluminiumteile und im Verhältnis dazu kleinstückige Teile aus Kupfer- und Zinnlegierungen enthält.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus Magneten, die einen V-förmigen Spalt bilden und in einer solchen Lage angeordnet sind, daß sich ihre einander entgegengesetzten Pole gegenüberliegen. Erfindungsgemäß schließen die Magnete einen sich quer zur Fließrichtung erstreckenden V-Spalt ein und sind in dieser Lage gekippt angeordnet, wobei ein einen geschlossenen Raum umschließender Behälter (11) vorgesehen ist, der die Bereiche innerhalb und oberhalb des V-Spaltes, die Bereiche oberhalb der beiden Magnete sowie einen außerhalb des unteren Magneten gelegenen Bereich umfaßt. Der Behälter wird mit Ferrofluid bis in eine angemessene Höhe über dem oberen Magneten angefüllt. Hierbei können in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mehrere Sätze von Magneten nebeneinander angeordnet sein, die jeder einen sich quer zur Fließrichtung erstreckenden V-Spalt einschließen, wobei der Behälter einen Raum einschließt, der die Bereiche innerhalb und oberhalb der V-Spalte, die Bereiche oberhalb und außerhalb der Magnete sowie einen Bereich neben der Öffnung des unteren Spaltes umfaßt. Mit Hilfe einer solchen Vorrichtung können als besonderer Vorteil nichtmagnetische Materialien unterschiedlicher Dichten in mehrstufiger Arbeitsweise einwandfrei getrennt werden, wobei besonders gute Ergebnisse dann erzielt werden, wenn die einander benachbarten V-Spalte so eng wie möglich nebeneinander angeordnet und geneigte Leitplatten über den benachbarten Magneten vorgesehen sind, um die Materialien schwebend überzuführen.

Als Magnete können Permanentmagnete, etwa Strontiumferrit-Magnete, Samarium-Kobalt-Magnete als Höchstleistungsmagnete oder selbstverständlich auch Elektromagnete eingesetzt werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt zur Darstellung des Prinzips der Trennung von Materialien unterschiedlicher Dichte mit Hilfe ferromagnetischer Flüssigkeiten,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine herkömmliche Vorrichtung,

Fig. 3 die Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 4 einen Schnitt durch Fig. 3,

Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Trennvorgangs,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine andere Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung zur Darstellung der Trennung von Materialien in mehrstufiger Verfahrensweise.

Bei der in den F i g. 3 und 4 wiedergegebenen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ein Satz von Permanentmagneten 1 und Γ vorgesehen, die an ihren Unterseiten durch ein Joch derart verbunden sind, daß sie symmetrisch zueinander in einem Winkel O zur Mittelebene 10 stehen, so daß die Pluspolseite des Magneten 1 und die Minuspolseite des Magneten Γ unter Bildung eines V-Spaltes einander gegenüberliegen. Entsprechend ist der V-Spalt um einen Winkel O gegen die Spaltebene selbst geneigt. Der von den Magneten 1 und Γ begrenzte V-Spalt, der oberhalb des Magneten 1 liegende Raum A und der oberhalb des Magneten Γ -ιο gelegene Raum ßbilden einen zusammenhängenden von einem Behälter 11 umschlossenen Raum, welcher mit Ferrofluid 2 gefüllt ist. Fig. 4 zeigt beispielsweise Linien gleichen Auftriebs im Ferrofluid 2 im Behälter 11 in einem beispielsweise von Strontiumferrit-Permanentmagneten 1 und Γ gebildeten Magnetfeld. Wie aus dieser Zeichnung zu erkennen ist, liegt die obere Ebene der von zwei 3-g/cm³-Linien begrenzten Trennzone 4 über der gedachten Ebene zwischen den oberen Kanten der Magnete 1 und Γ. Der Flüssigkeitsspiegel 12 des Ferrofluids 2 liegt wegen des Magnetismus nicht in einer horizontalen Ebene.

Wie Fig. 5 zeigt, wird das nichtmagnetische Abfallmaterial seitlich von oben mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Eingabevorrichtung, beispielsweise einem Förderband, in den Trennbehälter 11 eingebracht. Abl'allstücke mit niedriger Dichte, etwa Abfallaluminium, sind symbolisch mit viereckigen Zeichen 5 und nichtmagnetischer Abfall hoher Dichte mit runden Zeichen 6 gekennzeichnet. Der Abfall S und 6 wird in die Trennzone oberhalb C über dem schrägen Boden oberhalb des Teils A des Behälters über Magnet 1 eingebracht. Das nichtmagnetische Material mit niedriger Dichte, wie beispielsweise Aluminium mit dem spezifischen Gewicht 2,7, schwebt entlang der oberen Auftriebsebene 2,7 g/cm' - wie in F i g. 4 zu erkennen ist - aufgrund seiner Schwerkraft über den Magneten Γ hinweg ab bis in den Bereich B und lagert sich ab, wo nahezu kein magnetischer Auftrieb mehr wirksam ist. Ferner durchdringen Teilchen hoher Dichte, wie etwa Kupfer mit dem spezifischen Gewicht von ungefähr 9 und Zink mit dem spezifischen Gewicht von ungefähr 6,5, die Trennzone 4 zwischen den oberen und unteren Auftriebsebenen von 3 g/cm³ und setzen sich auf dem Grund des Bereiches C des Behälters ab. Die Materialien 5 und 6 mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht, die sich in den Bereichen B und Cdes Behälters 11 abgesetzt haben, werden auf die übliche Weise ausgetragen, womit der Trennvorgang beendet ist.

Damit die obengenannte Querbewegung der Materialien mit niedriger Dichte durch Abgleiten auf der Auftriebsebene aufgrund der natürlichen Schwerkraft eintritt, ist es notwendig, den Neigungswinkel O in der Weise festzulegen, daß die Tangente der die Trennzone bildenden Neigungsebene auf der gesamten Länge zwischen A und B schräg abwärts gerichtet ist. Entsprechend den Resultaten vielfacher Experimente zur Trennung von Materialien mit hoher Dichte zwischen beispielsweise Ferrit-Permanentmagneten liegt der angemessene Neigungswinkel zwischen 10° und 20°. Vorteilhaft vergrößert sich der Neigngswinkel proportional mit der Teilchengröße. Nachstehend ist das Ergebnis von Aluminium und nicht eisenhaltigen Metallen aus Kraftfahrzeugen bei Einsatz der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wiedergegeben.

Tabelle 2

Ergebnis der Trennung von Abfallaluminium (-200 +25,4 mm)

Art des Materials

Trennrate

Zugabegeschwindigkeit

AI&A1 Leg.

Zn AI & Al Leg. Leg.

Zn t/hr
Leg.

Vorgegebenes Auflrichsmaximum

(g/cm) g/cm¹

Schwebende Teilchen 100,0 0,0 100,0 0,0 Abgesetzte Teilchen 0,0 100,0 0,0 100,0

3,20

Worin bezeichnen Al & Al-Legierung: Zn-Legierung.

Worin bezeichnen Al & Al-Leg. : Zn-Leg. = 9:1 Gewichtsanteile.

Spezifisches Gewicht von Al 2,69

Spezifisches Gewicht von Al-Leg. 2,74

Spezifisches Gewicht von Zn-Leg. 6,50

Die in Fig. 6 wiedergegebene mehrstufige Trennvorrichtung umfaßt zwei Magnetsätze 1 und Γ, die durch je ein Joch 9 verbunden sind. Sie schließen je einen V-Spalt C", C" ein und sind nebeneinander in Schräglage zur Rinnenebene angeordnet. Ebenso ist ein Behälter 11' vorgesehen, der einen zusammenhängenden Raum umschließt, der die Räume innerhalb und oberhalb der V-Spalte C und C", die Bereiche über den Magneten 1,1' sowie einen Bereich außerhalb der Öffnung des unteren V-Spaltes C" umfaßt. Der Behälter 1Γ ist bis zu einer angemessenen Höhe mit Ferrofluid gefüllt. Wenn zum Beispiel kupferhaltige Abfälle mit dem spezifischen Gewicht von etwa 9, Aluminium mit einem spezifischen Gewicht von etwa 2,7 und Vinylchlorid mit einem spezifischen Gewicht unter 1,5 getrennt werdensollen, wird die Trennzone mit dem Auftrieb von etwa 3 g/cm¹ von dem Satz von Magneten 1, Γ in der Stufe 1 (Spalt C) gebildet, während eine zweite Trennzone mit dem Auftrieb von !,5 g/cm³ von ebenfalls einem Satz Magnete in der Stufe 2 (Spalt C") gebildet wird. Eine leicht geneigte Führungsplatte 14 ist zwischen den beiden Trennzonen gelagert, die sich über die benachbarten Magnete 1, Γ erstreckt.

Zur Verfahrensdurchführung wird das Kupfer 6, Aluminium 5 und Vinylchlorid 13 enthaltende Material in die Zone A weit oberhalb seitlich des oberen Teils in den Behälter 11 eingebracht mittels eines in der Zeichnung nicht abgebildeten Förderbandes, worauf in der Trennstufe 1 in der vorstehend beschriebenen Weise nur Kupfer 6 durch die mit dem spezifischen Gewicht von 3 g/cm¹ berechnete Trennzone fällt und sich auf dem Grund der Spalte C absetzt, während die Mischung aus Aluminium S und Vinylchlorid 13zuderTrennsiufe2wandert. Da der Auftrieb in der Trennzone von Stufe 2 mit 1,2 g/cm' festgelegt ist, fällt das schwerere Aluminium 5 in C" durch die Trennzone und setzt sich an dessen Grund ab, während nur Vinylchlorid i3, mit seinem spezifischen Gewicht von unter 1,5 g/cm' an der oberen Oberfläche der Trennzone zur Zone B' schwebt und sich am Grund von Zone B' absetzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung nichtmagnetischer fester Materialien unterschiedlicher Dichte, die in einer ferromagnetischen Flüssigkeit suspendiert und in der Flüssigkeit durch eine Trenr.zone aus einem sich V-förmig verjüngenden Spalt geleitet werden, in dem sich von den benachbarten Bereichen unterscheidende

magnetische Auftriebskräfte wirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Material quer zur Längsrichtung des schräg abfallend gekippten V-Spaltes am oberen Teil der Trennzone zugeführt wird und die Materialkomponenten hoher Dichte im Bereich des V-Spaltes abgetrennt werden, während die Materialkomponenten niedrigerer Dichte in der Schwebe gehalten und über den V-Spalt hinweg in den unteren ίο Bereich der schrägliegenden Trennzonen geführt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei einen V-förmigen Spalt bildenden Magneten, die in einer solchen Lage angeordnet sind, daß sich ihre einander entgegengesetzten Pole gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (1 und Γ) einen sich quer zur Fließrichtung des Materials erstreckenden V-Spalt einschließen und in dieser Lage gekippt angeordnet sind, wobei ein einen geschlossenen Raum umschließender Behälter (11) vorgesehen ist, der die Bereiche innerhalb und oberhalb des V-Spaltes, die Bereiche oberhalb der beiden Magnete sowie einen außerhalb des unteren Magneten gelegenen Bereich umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sätze von Magneten nebeneinander vorgesehen sind, die jeder einen sich quer zur Fließrichtung erstreckenden V-Spalt einschließen und in Fließrichtung gekippt sind, wobei der Behälter einen Raum einschließt, der die Bereiche innerhalb und oberhalb der V-Spalte, die Bereiche oberhalb und außerhalb der Magnete sowie einen Bereich neben der Öffnung des unteren Spaltes umfaßt.