DE3513801A1

DE3513801A1 - Verfahren und vorrichtung zur matrixmagnetscheidung

Info

Publication number: DE3513801A1
Application number: DE19853513801
Authority: DE
Inventors: Hans 5090 Leverkusen Bender; Gerhard 5250 Engelskirchen Schmitz; Karl-Heinz Dr. 5000 Köln Unkelbach; Hans-Dieter Dr. 4300 Essen Wasmuth
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1985-04-17
Filing date: 1985-04-17
Publication date: 1986-10-30
Also published as: DE3513801C2; GB2174928A; US4755302A; GB2174928B; GB8609433D0

Description

H 85/17

Anlage zum Patentgesuch der
Klöckner-Humboldt-Deutζ
Aktiengesellschaft

vom 15. April 1985

Verfahren und Vorrichtung zur Matrixmagnetscheidung

Die Erfindung .richtet sich auf ein Verfahren zur ( Matrixmagnetscheiaung, bei der ein in einem Meaium suspendierter Materialstrom aus magnetisierbaren una nichtmagnetisierbaren Teilchen einen mit einer Matrix gefüllten Kanister in einer Magnetspule durchströmt und der Kanister nach der Beladung der Matrix mit Magnetgut durch einen Kanister mit unbeladener Matrix ersetzt wird, sowie auf einen Matrixmagnetscheider, enthaltend Kanister, die, bezogen auf das Magnetfeld der Spule, axialbeweglich sind.

Unter einem Starkfeldscheider vom Kanister-Matrix-Typ wird ein Magnetscheider verstanden, Dei dem innerhalb einer Magnetspule weichmagnetisches Strukturmaterial (Matrix) von einer Teilchensuspension durchströmt wird, wobei infolge der Aufmagnetisierung des Strukturmaterials sich an seiner Oberfläche starke Magnetfeldgradienten ausbilden, die zusammen mit dem überlagernden Feld starke Anziehungskräfte auf magnetisierbare Teilchen ausüben und diese an der Oberfläche festhalten. Ist die Matrix beladen, muß sie bei abgeschaltetem Magnetfeld oder außerhalb des Felaes gereinigt werden. Zur mechaniscnen Stützung Defindet sich die Matrix in einem Behälter, der an die Innenabmessungen der Spule angepaßt ist, und Anschlüsse zur Zu- und Abfuhr der Suspension enthält.

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Matrix-Magnetscheider werden bei dem RC-Verfahren (reciprocating canister) eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein zyklisches Verfahren. Aus den von der Suspension durchströmten Kanistern müssen in regelmäßigen Abständen die haftenden Teilchen aus der Matrix entfernt werden. Es ist vorgeschlagen worden, das Feld dabei nicht abzuschalten, sondern bei vollem Feld die Kanister aus dem Feld- herauszuziehen und außerhalb zu spülen (M. Parker, Recent developments in high field magnetic separation, Seite 3, in Electrical and magnetic separation and filtration technology, Antwerpen, Mai 1984).

Eine dafür geeignete Vorrichtung enthält einen hydraulisch betätigten Kanisterzug, der auch Blindkanister enthält, die zur Kompensation der Kräfte beim Herausziehen der Matrix aus der Magnetspule erforderlich sind. Das Herausführen der beladenen Matrix und Ersetzen durch eine unbeladene, die in axialer Reihe auf einem Kanisterzug angeordnet ist, verkürzt zwar die Totzeit, das ist die Zeit, in der wegen Verschiebens der Kanister und Umschaltens der Teilchensuspension auf Spülmedium keine Magnetscheidung stattfinden kann, es sind aber erhebliche Aufwendungen nötig, um die Matrix in einen unmagnetisierten Zustand zu bringen, wie beispielsweise eine magnetische Abschirmung und eine Entmagnetisierungsspule, da Magnetspulen der verwendeten Art längs ihrer Achse im Außenraum erhebliche Streufelder besitzen.

Außerdem müssen Vorrichtungen, die die Zu- und Aüfunr der Suspension und des Spülmediums zu einem Kanister Dewirken, jeweils an den übrigen, in Reihe angeordneten Kanistern vorbei verlegt sein. Sie müssen mindestens teilweise durch die Magnetspule geführt werden, was den verfügbaren Raum für die Magnetscheidung verringert.

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Bei diesem bekannten Verfahren durchströmt die Suspension die Matrix in ihrem gesamten Querschnitt nur in einer Richtung parallel zur Spulenachse. Dies erfordert zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Feldstärke über den Suspensionsquerschnitt eine aufwendige Konstruktion der Spule beziehungsweise des Eisenjochs.

Aufgabe der Erfindung ist eine Magnetscheidung mit extrem kurzer Totzeit; eine geeignete Vorrichtung soll robust sein, mit einfachen Magnetspulen eine optimale Anziehung verschiedenartiger magnetischer Teilchen gewährleisten und eine Dauerabreinigung der Matrix ohne Einfluß auf die Totzeit gewährleisten.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem mehrere Kanister achsparallel vor dem Einbringen in die Magnetspule auf einer Einrichtung derart befestigt werden, daß das Ein- und Ausströmen in und aus dem Kanister von einer Seite her erfolgt, mit der Einrichtung ein Kanister sowohl axial aus der Spule herausgeführt als auch im herausgezogenen Zustand aus der Spulenachse herausgeschwenkt werden kann, und die Schwenkbewegung zur Folge hat, daß ein unbeladener Kanister in die Spulenachse gelangt, der unbeladene Kanister durch eine axiale Bewegung in umgekehrter Richtung in die Magnetspule gebracht wird, mit dem Umschwenken ein Umlenken des Materialstroms auf den Kanister in der Spulenachse verbunden wird und der beladene Kanister im ausgeschwenkten Zustand ersetzt oder gereinigt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt und Austritt der Teilchensuspension am Kanister auf der gleichen Seite liegt, daß eine Schwenkeinrichtung vorhanden ist, auf der die Kanister vor dem Einbringen in das Magnetfeld so befestigt sind, daß sie je nach Schwenkposition von der Suspension oder erforderlichenfalls von einer

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Reinigungsflüssigkeit oder gar nicht durchströmbar sind, und mit der jeweils ein Kanister in Achsenrichtung des Magnetfeldes positionierbar ist, und die Entnahme des Kanisters aus dem Feld zur gleichen Seite hin erfolgt wie die Aufgabe des Kanisters. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung angegeben.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

Die zum Wechseln der Kanister benötigte Zeit wird sehr verkürzt, da nacheinander nur vier Bewegungen auszuführen sind: Axiales Herausfahren des Kanisters aus dem Magnetfeld, seitliches Verschwenken (bezogen auf die Achse des Magnetfeldes) des vollen Kanisters, Hereinschwenken eines leeren Kanisters in die Achse des Magnetfeldes und schließlich axiales Hineinbringen des Kanisters in das Magnetfeld (von der gleichen Seite wie die Entnahme des Kanisters). Ein Abschalten des Magnetfeldes ist dabei nicht erforderlich, was besonders bei Einsatz eines supraleitenden Magneten erwünscht ist. Besonders bevorzugt ist ein Drehgestell, mit dem die Kanister aus der Achse des Magnetfeldes verschwenkt beziehungsweise eingeschwenkt werden. Die Achse der Drehvorrichtung ist dabei parallel zur Hauptachse des Magnetfeldes. Bei einem Drehgestell sind auch keine extra zu betätigenden Ventile erforderlich. Vielmehr läßt sich mit einem mit dem Drehgestell verbundenen Verteilerkopf der Zu- und Abfluß der Suspension in den Kanister in einfacher Weise steuern.

Der erfindungsgemäßen Lehre, den Drehteller mit den Kanistern heb- und senkbar zu machen, ist eine Konstruktion äquivalent, bei dem die Magnete heb- und senkbar sind und die Kanister nur verschwenkt werden, beziehungsweise bei dem die Kanister ortsfest sind und die Magnetspulen in ihrer Achsrichtung und senkrecht dazu bewegbar sind.

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Bei bestimmten Aufgaben werden die beladenen Kanister als ganzes entfernt und beispielsweise deponiert (wenn etwa schwach radioaktive Stoffe abgeschieden werden). In der Mehrzahl der Anwendungsfälle wird aber ein beladener Kanister gereinigt, das heißt zur Regeneration gespült. Im einfachsten Fall sind bei einer solchen Betriebsweise zwei Kanister vorhanden, einer wird beladen, der andere in dieser Zeit gereinigt. Wenn das Reinigen langer als das Beladen dauert, müssen an der Schwenkvorrichtung für eine Füllstelle mehrere Spulstellen vorgesehen werden. Das ist ( an einem Drehtisch unschwer zu realisieren. Mit Hilfe eines Verteilerkopfes kann ohne Ventile aas Spülen ebenso wie das Durchströmen der Kanister mit der Suspension voll automatisiert ablaufen. Gewöhnlich lassen sich bei einem Drehgestell mindestens zwei Füllpositionen und mindestens zwei Reinigungspositionen unterbringen.

Das erfindungsgemäße Herausziehen und Einführen der Kanister in das Magnetfeld immer von der gleichen Seite her hat neben der vereinfachten Trübeführung und der Spülung noch zur Folge, daß die Suspension das Magnetfeld mindestens zweimal durchlaufen muß, wobei, wenn nicht sehr ^- aufwendige Spulen eingesetzt werden, die magnetische Feldstärke unterschiedlich sein kann. Dieses Merkmal kann gemäß der Erfindung durch eine Kammerung des Kanisters bewußt ausgenutzt werden. Es lassen sich dadurch im Kanister Bereiche schaffen, die mit verschiedener Matrix belegt sind, und deren Struktur und räumliche Lage in Bezug auf das Magnetfeld für die Abscheidung bestimmter Partikel optimal ist, so daß die nicht ganz gleichmäßige Feldstärke einfacher kurzer Spulen nicht einen Nachteil darstellt, sondern zur Verbesserung der Trennergebnisse eingesetzt werden kann. Eine Vergrößerung des Weges der Trübe im Kanister ist so auch ohne besonders lange Spulen erreichbar.

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Die erfindungsgemäße Anlage ist robust und wartungsfreundlich. Zum Ausbau und Wechseln der Matrizen stehen die Spülpositionen außerhalb des Magneten zur Verfügung. Die für das Verfahren benötigten Solenoidmagneten und die mechanischen Konstruktionen, das heißt im wesentlichen ein heb- und schwenkbarer Drehtisch mit einem Verteilerkopf, sind relativ einfach und preiswert.

Obwohl die räumliche Lage des Magnetscheiders beliebig ist, hat eine Anordnung, bei der die Spulenachse vertikal angeordnet ist, und die Kanister von unten eingeführt werden, den Vorteil, daß das Gewicht der Kanister und der Haltevorrichtung teilweise oder ganz die Magnetkraft kompensiert, mit der die Kanister in der Spule gehalten werden. Im übrigen ermöglicht die Tatsache, daß die Magnetspulen nur von einer Seite beschickt werden, eine geeignete Kompensation dieser Kraft durch Federn oder durch Dummies, die von der gegenÜDerliegenden Seite ein und ausgeführt werden, jedoch mit den Kanistern keine feste Verbindung haben.

Während des Spülvorganges sind die Kanister nicht mehr in der axialen Verlängerung der Spule, sondern seitlich neben dieser positioniert. Da das Streufeld seitlich recht niedrig ist, können Maßnahmen zur Abschirmung entfallen beziehungsweise sind einfach zu realisieren.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und weiter erläutert.

In Fig. 1 ist der Magnetscheider in Draufsicht schematisch dargestellt. Er enthält zwei Belade- und zwei Reinigungsstationen, wofür vier Kanister 1, 2, 5, 6 erforderlich sind. Die Kanister 1, 2 befinden sich in der "warmen" Bohrung von zwei supraleitenaen Solenoiden 3, 4,

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in denen Feldstärken von 5 bis 8 T herrschen. Eine warme Bohrung bedeutet in diesem Zusammenhang, daß es sich um eine von außen frei zugängliche öffnung im Kryostaten handelt.

Die Vorrichtung ist in Seitenansicht in Fig. 2 etwas ausführlicher dargestellt. Die Kanister 1, 2 sind an einem Drehtisch 7 befestigt, der mittels eines Hubzylinders-8 abgesenkt werden kann. Durch die Arme 9 der Schwenkeinrichtung 7 verlaufen jeweils zwei Leitungen 10, C 11, über die je nach Stellung des Verteilerkopfes 12 Trübe oder auch Spülflüssigkeit zu- und aogeführt werden kann. Die Trübe wird über die Leitung 13 zu- und über die Leitung 14 abgeführt. Entsprechende Leitungen für die Reinigungsflüssigkeit der Kanister 5, 6 beim Spülen sind der Übersichtlichkeit wegen nicht eingezeichnet.

Die Kanister 1, 2 sind im Querschnitt dargestellt. Man erkennt, daß sie zentral von unten nach oben und im Randbereich von oben nach unten durchströmt werden. Da das Feld von den relativ kurzen Spulen nicht allzu homogen ist, werden durch die Kammerung 15 Bereiche gebildet, die durch , Wahl einer ausgesuchten Matrix für ganz bestimmte Trüoen besonders geeignet sind, so dab gerade aucn bei einer nicht sehr gleichmäßig zusammengesetzten Trübe aufgrund des relativ langen Strömungsweges optimal abgeschieden werden kann. Zuerst werden die relativ groben und/oder relativ stark magnetisierbaren Teilchen abgeschieden. Auch ein mehrmaliges Auf- und Abströmen ist unschwer zu realisieren.

Wenn die Matrix 16 in den Kammern 1, 2 beladen ist, wird mittels eines hydraulischen Zylinders 8 die Drehvorrichtung 7 mitsamt den Kanistern 1, 2 aus den Spulen 3, 4 herausgeschoben und dann um 90 ° verschwenkt. Durch diese Drehung werden die unbeladenen Kanister 5, 6 unter die

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Magneten 3, 4 positioniert. Danach wird die gesamte Drehvorrichtung 7 wieder über den Hydraulikzylinder 8 angehoben, wodurch jetzt die Kanister 5, 6 in das Magnetfeld der Spulen 3, 4 kommen. Gleichzeitig sind sie über den Verteilerkopf 12 der Drehvorrichtung 7 mit der Trübenzu- 13 und -abfuhr 14 verbunden, so daß der Magnetscheideprozeß nach ganz kurzer Unterbrechung fortgesetzt werden kann. Die nicht im Magnetfeld befindlichen Kanister 1, 2 werden über den Verteilerkopf in der Zwischenzeit gespült. Wenn die Matrix 16 in den Kanistern 5, 6 gesättigt ist, werden ihre Positionen nacn der oben beschriebenen Methoae wieaer getauscht.

Der Wechsel der Kanister ist unabhängig von anwendungsmaßigen Gegebenheiten und in weniger als einer Sekunde abgeschlossen.

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Claims

15. April 1985 KHD

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Matrixmagnetscneidung, Del dem ein in einem Medium suspendierter Materialstrom aus magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Teilchen einen mit einer Matrix gefüllten Kanister in einer Magnetspule durchströmt, ,und der Kanister nach der Beladung der Matrix mit Magnetgut durch einen Kanister mit unbeladener Matrix ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kanister achsparallel vor dem Einbringen in die Magnetspule auf einer Einrichtung derart befestigt werden, daß das Ein- und Ausströmen in und aus dem Kanister von einer Seite her erfolgt, mit der Einrichtung ein Kanister sowohl axial aus der Spule herausgeführt als auch im herausgezogenen Zustand aus der Spulenachse herausgeschwenkt werden kann, und die Schwenkbewegung zur Folge hat, daß ein unbeladener Kanister in die Spulenachse gelangt, der unbeladene Kanister durch eine axiale Bewegung in umgekehrter Richtung in das Magnetfeld gebracht wird, mit dem Umschwenken ein Umlenken des Materialstroms auf den Kanister in der Spulenachse verbunden wird uno der beiadene Kanister im ausgeschwenkten Zustand ersetzt oder gereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenken der Kanister durch ein Drehen der Einrichtung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in einem Kanister nacheinander Bereiche mit unterschiedlicher Matrix durchströmt.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in dem mit einer Matrix gefüllten Kanister in einem Magnetfeld derart geführt wird, daß die eintretende Suspension zunächst im Bereich der Spulenachse strömt und die Gegenströmung im Kanister in der Nähe der Kanisterwand erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanister mehrmals in Feldrichtung, konzentrisch von innen nach außen, in der Durchströmungsrichtung wechselnd

( durchströmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der Matrix eines Kanisters derart erfolgt, daß in der herausgeschwenkten Position anstelle der Suspension eine Spülflüssigkeit durch den an der Einrichtung befestigten Kanister strömt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung der Matrix eines Kanisters nacheinander in mehreren herausgeschwenkten Positionen erfolgt.

_r 8. Matrixmagnetscheider, enthaltend Kanister (1, 2, 5, 6), die, bezogen auf das Magnetfeld der Spule, axialbeweglich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt und Austritt der Teilchensuspension am Kanister auf der gleichen Seite liegt, daß eine Schwenkeinrichtung (7) vorhanden ist, auf der die Kanister (1, 2, 5, 6) vor dem Einbringen in das Magnetfeld (3, 4) so befestigt sind, daß sie je nach Schwenkposition von der Suspension oder erforderlicnenfalls von einer Reinigungsflüssigkeit oder gar nicht durchströmbar sind, und mit der jeweils ein Kanister in Achsenrichtung des Magnetfeldes positionierbar ist, und die Entnahme des Kanisters aus dem Feld zur gleichen Seite hin erfolgt wie die Aufgabe eines Kanisters.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung als Drehvorrichtung (7) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung (7) einen Verteilerkopf (9) enthält,

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet supraleitend ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere eines Kanisters (1, 2) zur Festlegung der Suspensionsströmung im Magnetfeld kammerartig (15) ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanister (1, 2) eine zentrale Kammer vorhanden ist, die zunächst von der Suspension durchströmt wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere konzentrische Kammern vorhanden sind, die in Strömungsrichtung wechselnd nacheinander durchströmt weraen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (16) längs des Strömungswegs der Suspension im Kanister (1, 2) unterschiedlich ausgebildet ist.