DE3513801C2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C1/00—Magnetic separation
- B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
- B03C1/025—High gradient magnetic separators
- B03C1/029—High gradient magnetic separators with circulating matrix or matrix elements
- B03C1/03—High gradient magnetic separators with circulating matrix or matrix elements rotating, e.g. of the carousel type
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- Electromagnets (AREA)
- Centrifugal Separators (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur Matrixmagnetscheidung, bei der ein in einem Medium sus
pendierter Materialstrom aus magnetisierbaren und nichtmagneti
sierbaren 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.
Unter einem Starkfeldscheider vom Kanister-Matrix-Typ wird ein
Magnetscheider verstanden, bei dem innerhalb einer Magnetspule
weichmagnetisches Strukturmaterial (Matrix) von einer Teilchen
suspension durchströmt wird, wobei infolge der Aufmagnetisierung
des Strukturmaterials sich an seiner Oberfläche starke Magnet
feldgradienten ausbilden, die zusammen mit dem überlagernden
Feld starke Anziehungskräfte auf magnetisierbare Teilchen aus
üben und diese an der Oberfläche festhalten.
Aus der Druckschrift "Recent developments in high field magnetic
separation" Seite 3, in Electrical and magnetic separation and
filtration technology, Antwerpen, Mai 1984 ist ein Matrix-
Magnetscheider bekannt, der einen hydraulisch betätigten Kani
sterzug aufweist, der auch Blindkanister enthält, die zur Kom
pensation 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,
jedoch sind 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 Außen
raum erhebliche Streufelder besitzen. Außerdem sind hierbei be
sondere Vorrichtungen für die Zu- und Abfuhr der Suspension und
des Spülmediums zu einem Kanister erforderlich, die jeweils an
den übrigen, in Reihe angeordneten Kanistern vorbei verlegt sein
müssen.
Die Suspension durchströmt hierbei 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 bzw. des Eisenjochs.
Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 29 09 492 ein Matrix-
Magnetscheider bekannt, der aus einem Ringgehäuse mit U-förmigem
Querschnitt besteht, welcher auf einer Vertikalachse drehbar ge
lagert und an einer Stelle von einem zweipoligen Elektromagneten
umgeben ist, deren Pole an der Innen- und Außenseite des Ringge
häuses einander gegenüberliegend angeordnet sind. Das Ringge
häuse ist in Fächern aufgeteilt, in denen sich die aus ferro
magnetischen Eisenkugeln bestehende Matrix befindet. Im Betrieb
dieses Magnetscheiders werden durch in der äußeren Wandung des
Ringgehäuses angeordnete Schlitze ständig Matrixkugeln abge
führt, einer Waschvorrichtung aufgegeben und nach Trennung und
Reinigung von den Begleitstoffen wiederum mit Hilfe einer För
dereinrichtung in die Fächer des Ringgehäuses zurückgeführt.
Dieser bekannte Magnetscheider ist jedoch nicht nur im konstruk
tiven Aufbau verhältnismäßig kompliziert und störanfällig, son
dern auch aufgrund der besonderen Wasch- und Fördereinrichtungen
mit erhöhten Arbeits- und Betriebskosten verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist eine Matrix-Magnetscheidung mit einfa
chen Magnetspulen zu ermöglichen, die mit besonders einfachen
und kostengünstigen Mitteln sowohl eine optimale Anziehung ver
schiedenartiger magnetischer Teilchen als auch eine sichere und
störungsfreie 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 Magnet
spule 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 heraufgeführt als auch im herausgezogenen Zustand aus der
Spulenachse herausgeschwenkt werden kann, und die Schwenkbe
wegung 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
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 der die Magnete heb- und senkbar sind und
die Kanister nur verschwenkt werden, beziehungsweise bei
der die Kanister ortsfest sind und die Magnetspulen in
ihrer Achsrichtung und senkrecht dazu bewegbar sind.
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 länger als das
Beladen dauert, müssen an der Schwenkvorrichtung für eine
Füllstelle mehrere Spülstellen vorgesehen werden. Das ist
an einem Drehtisch unschwer zu realisieren. Mit Hilfe eines
Verteilerkopfes kann ohne Ventile das 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.
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 gegenüberliegenden 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 supraleitenden Solenoiden 3, 4,
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,
11, über die je nach Stellung des Verteilerkopfes 12 Trübe
oder auch Spülflüssigkeit zu- und abgeführt 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 Trüben
besonders geeignet sind, so daß gerade auch 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
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 12
in der Zwischenzeit gespült. Wenn die Matrix 16 in den
Kanistern 5, 6 gesättigt ist, werden ihre Positionen nach
der oben beschriebenen Methode wieder getauscht.
Der Wechsel der Kanister ist unabhängig von
anwendungsmäßigen Gegebenheiten und in weniger als einer
Sekunde abgeschlossen.
Claims (15)
1. Verfahren zur Matrixmagnetscheidung, bei 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 und der beladene 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.
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.
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 erforderlichenfalls
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.
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 werden.
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.
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