DE3427462A1

DE3427462A1 - Magnetische sortiervorrichtung

Info

Publication number: DE3427462A1
Application number: DE19843427462
Authority: DE
Inventors: Henri Gif-Sur-Yvette Desportes; Joao Paris Meyer
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1983-08-03
Filing date: 1984-07-25
Publication date: 1985-02-21
Also published as: BR8403819A; US4608155A; FR2550104B1; ZA845904B; FR2550104A1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Sortiervorrichtung, die speziell für die die Abscheidung oder Reinigung von Partikeln geeignet ist, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen.

■ Eine magnetische Sortier- oder Trennvorrichtung -^q besteht aus einem Behandlungsraum, der sich in einem

Magnetfeld befindet, dessen Eigenschaften es erlauben, auf Körper, die unterschiedliche magnetische Suszeptibilitäten aufweisen, selektiv einzuwirken. Die behandelten Partikel sind dort unterschiedlichen . ,(- Kräften ausgesetzt:

- einer Magnetkraft, die von den magnetischen Materialeigenschaften abhängt, und

- von den magnetischen Materialeigenschaften un_on abhängigen Kräften, hauptsächlich Gravitationskräften und aus der Viskosität rührenden Widerstandskräften.

Der Fachmann weiß, daß der Ablenkungseffekt eines Magnetfeldes auf Partikel, die magnetische Eigenschaften aufweisen, proportional dem Produkt aus Magnetfeld und seinem Gradienten ist.

Die FR-PS 22 53 567 beschreibt ein magnetisches Trennverfahren für leicht magnetisierte Partikel. Das Verfahren besteht im wesentlichen in der Verwendung eines mult ..polaren Magnetfeldes in einem Trennraum, dem ein praktisch homogenes Magnetfeld überlagert ist. Im dort speziell beschriebenen Beispiel ist das Magnetfeld ein vierpoliges Feld, dem ein von einem Elektromagneten erzeugtes homogenes Magnetfeld in Längsrichob

tung des Quadrupoles überlagert ist. Das zusätzliche

elektromagnetische Feld steht in diesem Falle senkrecht auf dem Feld des Quadropoles. Die Theorie, die Berechnung und die Praxis zeigen, daß in diesem Falle die Beschleunigungen in den drei Richtungen des Trennraumes unverändert sind, d.h., daß der Gewinn im Trennvermögen gleich Null ist.

In der Zeitschrift IEEE Transactions and Magnetics, Band Mag. 17, Nr. 6, November 1981, Seiten 3314 bis 3316 ist eine magnetische Sortiervorrichtung beschrieben, die nach folgendem Verfahren arbeitet.

Die zu trennenden Partikel fallen im freien Fall in einen Raum, in dem ein geeignetes magnetisches Feld herrscht. Das Magnetfeld ist so gestaltet, daß am Ende des Falls die Partikel unterschiedlicher magnetischer Suszeptibilität an unterschiedlichen Stellen eingefangen werden können.

Die magnetische Sortiervorrichtung nach dem vorerwähnten Aufsatz enthält einen Stapel von Spulen, die eine Drehsymmetrie aufweisen. In dieser Konfiguration hebt sich die horizontale Komponente der Trennkraft in der Mittenachse des Trennraumes, der von den Spulen umschlossen ist, auf.

Wenn die zu trennenden Partikel nahe dieser Mittenachse in den Trennraum fallen, dann ist die Trennung in diesem dort praktisch nicht vorhandenen Magnetfeld ungenügend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile bekannter magnetischer Sortiervorrichtungen zu vermeiden, und eine magnetische Sortiervorrichtung anzugeben, die einen Magnetfeldaufbau aufweist, der eine gesteigerte Magnetkraft im Bereich des Bündels der zu trennenden Partikel auf-

weist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch" 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die magnetische Sortiervorrichtung nach der Erfindung ein Magnetfeld auf, das im wesentlichen in Horizontalebene eine quadripolare Konfiguration aufweist, der eine dipolare Konfiguration überlagert ist.

Vorzugsweise ist letztere in einer Achse gerichtet, die durch zwei Pole der gleichen Polarität der quadripolaren Konfiguration verläuft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Magnetfeld von einer quadripolaren Wicklung erzeugt, die von einer dipolaren Wicklung umgeben ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform werden die Magnetfelder von supraleitenden Wicklungen hervorgerufen.

Die Erfindung hat auch zum Ziel, eine Vorrichtung zum Messen der magnetischen Suszeptibilität von Feststoffen anzugeben. Eine solche Vorrichtung wird durch die beschriebene Sortiervorrichtung angegeben.

Der Trennraum für die magnetischen Partikel kann

ein trockener Raum aber auch ein feuchter Raum sein.-■

Die Erfindung und ihre Merkmale sowie ihre Vorteile sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische, teilweise weggebrochene Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer magnetischen Sortiervorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung der Gestalt der Spulen, die das quadripolare magnetische Feld erzeugen, und

Fig. 3 und 4 die horizontalen Komponenten der magnetischen Induktion in willkürlichen Einheiten für den Fall eines rein quadripolaren Feldes (Fig. 3) und im Fall der Überlagerung mit einem zusätzlichen dip.^laren horizontalen Feld in der Ebene x-y (Fig. 4)

Fig. 1 zeigt eine magnetische Sortiervorrichtung. Die zu sortierende Substanz 1, die in Form von Körnern vorliegt, befindet sich in einem Behälter 2 mit einer öffnung 3, durch die ein Bündel oder Vorhang 4 aus Partikeln im freien Fall in einen magnetischen Trennraum 5 fällt. Der Trennraum 5 weist zylindrische Gestalt auf, wobei dessen Mittenachse mit der Drehsymmetrieachse des Vorhangs 4 der Partikel zusammenfällt. Der Trennraum 5 ist von einer Wicklung 6 umgeben, die in einer horizontalen Ebene ein quadripolares Magnetfeld hervorruft.

Mit Hilfe eines zusätzlichen Spulenpaares 7 wird ein stärkeres dipolares, im wesentlichen gleichförmiges Feld dem quadripolaren Feld überlagert. Die Achse dieses zusätzlichen Feldes verläuft parallel zur Längsachse der Öffnung 3. In Fig. 1 ist diese Achse mit y bezeichnet.

j Die magnetischen Partikel, die aus der Öffnung herausfallen, erfahren auf ihrem Fall aufgrund des Gradienten des Magnetfeldes eine Ablenkung in horizontaler Richtung. Wegen des überlagerten dipolaren Feldes sind, die Magnetisierung des Materials und als Folge davon die auf die magnetisierten Partikel wirkende Magnetkraft deutlich größer als im Falle, wo die Trennung ausschließlich mit Hilfe eines quadripolaren Feldes durchgeführt wird.

Die Figuren 3 und 4 geben die Horizontalkomponenten der magnetischen Induktion in willkürlich gewählten Einheiten an.

Fig. 3 zeigt den Fall beim rein quadripolaren Feld, während Fig. 4 die Wirkung der Überlagerung zeigt. Die Wirkung des zusätzlichen Feldes sieht man deutlich, wenn man die Werte By der beiden Figuren miteinander vergleicht.

Bei der Anordnung nach der FR-PS 22 53 567 ist

das zusätzliche Feld (Bo) parallel zur Vertikalen (Oz). Daher hat, wie schon erwähnt, dieses konstante Feld überhaupt keinen Einfluß auf die horizontale 2g Ablenkung der magnetischen Partikel. Daher hat bei der Erfindung das Vertikalfeld die Größe 0.

Das zusätzliche Feld, das die Magnetisierung der zu trennenden Substanzen verstärkt, führt zu. _ori einer Verbesserung der Trennwirkung, deren Größen-Ordnung vom Gradienten des quadripolaren Feldes abhängt.

Die gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität be-_O1_ handelten Partikel werden durch Schlitze 8, 9 abgeführt. Die magnetischen Partikel fallen in die Schlitze

8, während die nichtmagnetischen Partikel in den mittleren Schlitz 9 fallen.

Schließlich werden die sortierten Partikel, beispielsweise durch Förderbänder 10 in entsprechende Behälter transportiert.

In dem obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel einer magnetischen Sortiervorrichtung wird eine quadripolare Magnetfeldkonfiguration verwendet. Man kann jedoch auch ein Magnetfeld anderer Konfiguration einsetzen. Wichtig ist nur, daß das Magnetfeld einen erhöhten Gradienten in einem großen Teil der Horizontalebene des Trennraumes aufweist. Die exakte Auswahl der Konfiguration hängt von den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen ab.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Wicklungsanordnung 6, die ein quadripolares Magnetfeld hervorbringt. Ihre vier Spulen bilden einen Zylinder mit der Mittenachse Z.

In manchen Fällen bieten supraleitfähige Spulen einen besonderen Vorteil, speziell dann wenn das von dem Separator eingenommene Volumen groß ist, selbst wenn die Felder selbst nicht sehr verstärkt sind (B « 2T).

Für die Sortierung paramagnetischer Materialien sind Felder und verstärkte Gradienten unerläßlich.

Brauchbare Größen kann man hier nur mit Supraleitern erhalten.

Es sei nicht zuletzt hervorgehoben, daß das beschriebene Sortierverfahren nicht von der Verwendung von Supraleitern abhängt und im Prinzip auch Wider-

standsspulen eingesetzt werden können.

Zusammenstöße der magnetisieren Partikel mit den nichtmagnetischen Partikeln führen zu einer Verhinderung der Trennung.

Die verbesserte horizontale Ablenkung der magnetisierten Partikel bietet den Vorteil, daß die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen der magnetisierten Partikel mit den nichtmagnetischen Partikeln stark vermindert ist.

Um eine zu große Verteilung der Flugbahnen der zu trennenden Partikel in der horizontalen Ebene zu vermeiden, ist es günstig, wenn die zu behandelnden Substanzen eine ausreichende magnetische Homogenität aufweisen.

Bislang sind magnetische Sortiervorrichtungen beschrieben worden, bei denen die Trennung in trockener Flugbahn durchgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, eine solche Trennvorrichtung mit magnetischer Konfiguration, wie oben beschrieben, für die Trennung von magnetischen Materialien in feuchter Bahn zu verwenden, d.h. unter Berücksichtigung der Fließgeschwindigkeiten von Flüssigkeiten.

Schließlich kann die magnetische Sortievorrichtung der oben beschriebenen Art auch als Meßinstrument für die magnetische Suszeptibilität von Feststoffen verwendet werden. Die Genauigkeit kann sehr gut sein, sie hängt allein von der Genauigkeit der Kenntnis des Gradienten des im Trennraum wirksamen Magnetfeldes und von der Größe der magnetischen Induktion ab, die das dipolareFeld hervorbringt.

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Claims

Patentansprüche

1 .j Magnetische Sortiervorrichtung, in der die das Aufzuteilende Gemenge, bildenden Partikel (4) von einer Eintrittsöffnung (3) in einen Trennraum (5) fallen, wo sie einem Magnetfeld unterworfen sind, das einen in horizontaler Ebene liegenden Gradienten aufweist und das außerhalb des Trennraumes (5) erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet , daß das Magnetfeld mehrpolig ist und eine verstärkte dipolare Komponente längs einer Achse in horizontaler Ebene im Trennraum (5) aufweist, um eine verstärkte Magnetkraft auf die magnetisierten Partikel auszuüben, um die Trennung derselben entsprechend ihrer magnetischen Suszeptibilität zu verbessern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Magnetfeld im wesentlichen in horizontaler Ebene eine quadripolare Konfiguration aufweist, die einem dipolaren Magnetfeld überlagert ist, das in liner horizontalen Achse orientiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß das Magnetfeld von einer quadripolaren Wicklung (6) erzeugt wird, das von einer dipolaren Wicklung (7) umgeben ist.
U. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichn et, daß die Magnetfelder von supraleitenden Wicklungen erzeugt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Trennraum (5) für die magnetisierten Partikel ein Separator mit trockener Flugbahn ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Trennraum (5) für die magnetischen Partikel ein Separator mit feuchter Flugbahn ist.
7. Vorrichtung zur Messung der magnetischen Suszeptibilität von Feststoffen, dadurch g ekennzeichnet , daß sie durch eine magnetische Sortiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebildet ist.