DE69220930T2

DE69220930T2 - MAGNETIC CUTTER

Info

Publication number: DE69220930T2
Application number: DE69220930T
Authority: DE
Inventors: Adam Antoni West Drayton Middlesex Ub7 9De Stadtmuller
Original assignee: Carpco Inc
Current assignee: Carpco Inc
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1992-03-25
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: EP0577658B1; JPH06505915A; BR9205836A; AU1424992A; EP0577658A1; DE69220930D1; GB9106284D0; CA2105882A1; AU653591B2; WO1992016301A1; CA2105882C

Description

Diese Erfindung betrifft Magnetscheidervorrichtungen, insbesondere einen Vorrichtungstyp, bei dem magnetische Partikel von einem Materialstrom entfernt werden, indem der Strom auf oder durch ein feststehendes magnetisches Material geführt wird, wobei die magnetischen Partikel durch das magnetische Material gehalten oder "abgefangen" werden und auf diese Weise aus der Strömung heraus entfernt werden.This invention relates to magnetic separator devices, particularly to a type of device in which magnetic particles are removed from a stream of material by passing the stream onto or through a fixed magnetic material, the magnetic particles being held or "caught" by the magnetic material and thus removed from the stream.

Bei einer Art einer magnetischen Trennvorrichtung, die über ein Abfangen von magnetischen Partikeln arbeitet, wird im allgemeinen auf einen Magnetscheider mit steilem Gradienten [High Gradient Magnetic Separator] oder HGMS verwiesen. Ein HGMS umfaßt einen Behälter, der eine flüssigkeitsdurchlässige Füllung von magnetisierbarem Material zwischen dem Behältereinlaß- und seinem Auslaß enthäit. Das Füllmaterial kann paramagnetisch oder ferromagnetisch sein und kann in Form von Partikeln oder Fasern vorliegen, beispielsweise kann es Drahtwolle, Drahtgewebe, ein gewirktes Geflecht oder Stahlkugeln umfassen. Das Füllmaterial kann die Form eines einzelnen Blocks haben, der im wesentlichen den Behälter ausfüllt, oder andere Formen aufweisen, zum Beispiel konzentrische Zylinder oder rechteckige Platten. Der Begriff "Matrix" wird im allgemeinen verwendet, um auf die Füllmasse hinzuweisen, und wird von einigen aus der Industrie dann gebraucht, wenn die Füllmasse in eine Anzahl von Elementen aufgeteilt ist, um auf die einzelnen Elemente hinzuweisen, und von anderen, um auf die Gesamtheit der Füllmasse hinzuweisen. Der Begriff wird hier auf letztere Weise verwendet.One type of magnetic separator that operates by trapping magnetic particles is generally referred to as a High Gradient Magnetic Separator or HGMS. An HGMS comprises a vessel containing a liquid-permeable fill of magnetizable material between the vessel inlet and its outlet. The fill material may be paramagnetic or ferromagnetic and may be in the form of particles or fibers, for example it may comprise wire wool, wire cloth, knitted mesh or steel balls. The fill material may be in the form of a single block substantially filling the vessel or may have other shapes, for example concentric cylinders or rectangular plates. The term "matrix" is generally used to refer to the filler mass and is used by some in the industry when the filler mass is divided into a number of elements to refer to the individual elements and by others to refer to the filler mass as a whole. The term is used here in the latter sense.

Der Behälter ist von einem Magneten umgeben, der dazu dient, die sich darin befindliche Matrix zu magnetisieren, wobei der Magnet im allgemeinen so angeordnet ist, daß er ein magnetisches Feld in Richtung der Behälterachse erzeugt. Bei magnetisierter Matrix wird ein Schlamm von feinem mineralischen Erz oder geschlämmten Lehm in den Einlaß des Behälters eingeführt. Während der Schlamm durch den Behälter läuft, werden die magnetisierbaren Partikel in dem Schlamm magnetisiert und von der Matrix abgefangen. Schließlich ist die Matrix im wesentlichen mit magnetisierbaren Partikeln aufgefüllt, und die Abfangrate sinkt derart, daß die Menge der magnetisierbaren Partikel in dem behandelten Schlamm, der den Auslaß des Behälters verläßt, ein inakzeptables hohes Niveau erreicht. Daraufhin wird die Schlammzuführung gestoppt, und der Behälter mit Wasser gefüllt, um das ganze nicht magnetische Material von der Matrix zu entfernen. Das magnetische Feld wird auf Null reduziert, und die Matrix wird mit Wasser mit hoher Geschwindigkeit gereinigt, um die magnetisierbaren Partikel von dieser zu entfernen.The vessel is surrounded by a magnet which serves to magnetize the matrix therein, the magnet generally being arranged to produce a magnetic field in the direction of the vessel axis. With the matrix magnetized, a slurry of fine mineral ore or slurried clay is introduced into the inlet of the vessel. As the slurry passes through the vessel, the magnetizable particles in the slurry are magnetized and captured by the matrix. Eventually the matrix is substantially filled with magnetizable particles and the capture rate decreases such that the amount of magnetizable particles in the treated slurry leaving the outlet of the vessel reaches an unacceptably high level. The slurry feed is then stopped and the vessel filled with water to remove all non-magnetic material from the matrix. The magnetic field is reduced to zero and the matrix is cleaned with high velocity water to remove the magnetizable particles therefrom.

Die Verfahrenskapazität eines HGMS ist proportional zum Produkt der Oberfläche der Matrix, auf die der Schlamm geleitet wird, und der Geschwindigkeit des Schlammes durch die Matrix. Es ist weiterhin von der Tiefe der Matrix abhängig, da, je größer diese ist, die Möglichkeit umso größer ist, daß ein magnetisierbares Teilchen abgefangen wird. Die Vergrößerung der Länge über die Grenze hinaus, die erforderlich ist, um eine ausreichende Durchführung zu sichern, d.h. um eine zweckmäßige Möglichkeit einer Partikelaufnahme zu gewähren, bewirkt jedoch keine Vergrößerung des Aufnahmevermögens des Abscheiders. Eine Erhöhung der Schlammgeschwindigkeit erhöht zwar das Aufnahmevermögen, allerdings bewirkt dies auch einen entsprechenden Abfall der Aufnahmemöglichkeit für einen magnetisierbaren Partikel. Daher kann die Geschwindigkeit nur auf ein bestimmtes Maß erhöht werden, weil ansonsten die Qualität des Produktes nicht zufriedenstellend ist.The processing capacity of a HGMS is proportional to the product of the surface area of the matrix onto which the sludge is directed and the speed of the sludge through the matrix. It is also dependent on the depth of the matrix, since the greater the depth, the greater the possibility of a magnetizable particle being intercepted. Increasing the length beyond the limit required to ensure adequate passage, i.e. to provide a reasonable possibility of particle capture, does not, however, increase the capacity of the separator. Increasing the sludge velocity does increase the capture capacity, but it also causes a corresponding decrease in the possibility of capturing a magnetizable particle. Therefore, the speed can only be increased to a certain extent, otherwise the quality of the product will not be satisfactory.

Demgemäß sind die Bemühungen, das Aufnahmevermögen zu erhöhen, auf die Entwicklung von HGMS mit großen Matrix-Oberflächen gerichtet worden. Dies führte zum Gebrauch einer Matrix aus einem Element von großem Durchmesser mit einer relativ kleinen axialen Länge, die innerhalb eines entsprechend geformten Magneten angeordnet ist. Über Elektromagnete sind Polungsschuhe an jedem Ende des Behälters um dessen Einlaß und dessen Auslaß herum angeordnet, um die Strömung des magnetischen Flusses längs durch die Matrix zu konzentrieren. Der Begrenzungsfaktor hinsichtlich der Größe der Matrixelemente, die für eine solche Anordnung verwendet werden kann, ist die maximale Tiefe des magnetischen Feldes, welches zu erreichen möglich ist.Accordingly, efforts to increase the capacity have been directed towards the development of HGMS with large matrix surface areas. This has resulted in the use of a matrix consisting of a large diameter element with a relatively small axial length arranged within a suitably shaped magnet. Poling shoes are arranged via electromagnets at each end of the vessel around its inlet and outlet to concentrate the flow of magnetic flux longitudinally through the matrix. The limiting factor on the size of the matrix elements that can be used for such an arrangement is the maximum depth of magnetic field that can be achieved.

Problematisch an der oben ausgeführten Anordnung ist, daß sie nicht wirkungsvoll mit dem indem US-Patent Nr.4124503 beschriebenen Verfahren verwendet werden kann. Bei diesem Verfahren werden zwei Behälter vorgeschlagen, die alternativ in einer Zone bewegbar sind, in der die sich darin befindliche Matrix magnetisiert wird. Die Behälter sind über eine Stange miteinander verbunden und werden durch einen Zahnstangenantrieb horizontal durch eine ringförmige magnetische Zone bewegt. Während sich einer der Behälter in dieser Zone befindet, wird der andere ausgespült und gewaschen. Dieses Verfahren ist sehrt wirtschaftlich und praktisch, weil es eine fast kontinuierliche Behandlung im Hinblick auf die Schlammzufuhr erlaubt, wobei die Zufuhr nur dann gestoppt wird, wenn die Behälter gerade bewegt werden. Die besten Ergebnisse mit HGMS brachte die Verwendung eines supraleitenden Magneten, dessen Verwendung wird ebenfalls als bevorzugt in dem Verfahren nach dem US-Patent Nr.4124503 aufgezeigt. Gerade die Verwendung eines supraleitenden Magneten und der Bedarf von Behältern, die in und aus einem magnetischen Feld bewegt werden können, verhindern den Gebrauch einer dünnen Matrix mit großem Durchmesser, die wirkungsvoll in dem Verfahren nach dem US-Patent Nr.4124503 eingesetzt wird. Die Gründe hierfür sind zweifach und wie im folgenden ausgeführt.The problem with the above arrangement is that it cannot be used effectively with the method described in US Patent No. 4124503. In this method two containers are proposed which are alternatively movable in a zone in which the matrix contained therein is magnetized. The containers are connected to one another by a rod and are moved horizontally through an annular magnetic zone by a rack and pinion drive. While one of the containers is in this zone, the other is rinsed and washed. This method is very economical and practical because it allows almost continuous treatment with regard to the sludge feed, the feed only being stopped when the containers are being moved. The best results with HGMS have been achieved with the use of a superconducting magnet, the use of which is also shown to be preferred in the method according to US Patent No. 4124503. It is precisely the use of a superconducting magnet and the need for containers which can be moved in and out of a magnetic field prevent the use of a thin, large diameter matrix which is effectively used in the process of US Patent No. 4,124,503. The reasons for this are twofold and are set out below.

Zum einen wird ein gleichmäßiges Feld für gute Ergebnisse verlangt, und ein solches kann nur mit dem dünnen Magneten von großem Durchmesser erreicht werden, der notwendigerweise mit einer dünnen Matrix von großem Durchmesser verwendet werden sollte, wobei Polschuhe aus Eisen zu verwenden sind. Jedoch bedeutet die Verwendung solcher Eisen- Polschuhe, daß die Behälter nicht leicht in und aus der magnetischen Spule bewegt werden können, was aber ein wesentliches Merkmal des Vorgangs nach dem Verfahren des US- Patentes Nr.4124503 ist. Des weiteren begünstigt die Gestaltung mit einem supraleitenden Magneten eine Spule, deren Länge etwa zweimal so groß ist wie ihr Durchmesser, wobei diese Anordnung ein lateral gleichmäßiges magnetisches Feld erzeugt ohne den Bedarf von Polschuhen. Diese Form eines supraleitenden Magneten schafft ein größeres Feld als eines, das mit einem kleineren Magneten mit Eisen-Polschuhen erreichbar wäre, weil im letzteren Fall eine Grenze dadurch gesetzt ist, daß Eisen in einem Magnetfluß gleich etwa 2 Tesla gesättigt ist, während im ersten Fall ein gleichmäßiges Feld leicht erreichbar ist mit Magnetflüssen gleich etwa 5 Tesla. Jedoch bestimmt diese Form des supraleitenden Magneten natürlich, daß die Matrix auch eine Länge aufweist, die doppelt so groß wie ihr Durchmesser ist, d. h. das komplette Gegenteil zu dem gewünschten wie oben diskutierten Matrixabmessungsverhältnis.Firstly, a uniform field is required for good results and this can only be achieved with the thin, large diameter magnet which should necessarily be used with a thin, large diameter matrix using iron pole pieces. However, the use of such iron pole pieces means that the containers cannot be easily moved in and out of the magnetic coil, which is an essential feature of the process of US Patent No. 4,124,503. Furthermore, the design with a superconducting magnet favours a coil whose length is about twice its diameter, this arrangement producing a laterally uniform magnetic field without the need for pole pieces. This form of superconducting magnet creates a larger field than one that would be achievable with a smaller magnet with iron pole pieces, because in the latter case there is a limit imposed by iron being saturated in a magnetic flux equal to about 2 Tesla, while in the former case a uniform field is easily achievable with magnetic fluxes equal to about 5 Tesla. However, of course this form of superconducting magnet dictates that the matrix also has a length twice its diameter, i.e. the complete opposite of the desired matrix dimension ratio discussed above.

Um die effektive Oberfläche zu erhöhen innerhalb der Vorgaben eines supraleitenden Magneten und des Erfordernisses, daß die Behälter aus dem Magneten entfembar sind, schlägt das US-Patent Nr.4124503 vor, eine Matrix in Form eines Rohres einzusetzen, wobei der Schlamm in die Mitte des Rohres eingebracht wird und dann durch dieses hindurch radial nach außen. Andere Vorschläge zur Maximierung der Matrixoberfläche sind beispielsweise die Bereitstellung von einer Vielzahl im Querschnitt dünner Matrizes, die parallel zur Behälterachse in Form von zwei rechteckigen Bereichen, einer Reihe von konzentrischen Rohren oder als Feld von rechteckigen Bereichen angeordnet sind. Jedoch leiden alle diese Anordnungen an dem Nachteil, daß der Durchfluß des Schlammes durch die Matrix quer zur Behälterachse verläuft und folglich zur Richtung des magnetischen Feldes. Es ist bekannt, daß die Effektivität des Abfangens der magnetisierbaren Partikel geringer ist, wenn der Schlamm durch die Matrix quer zum magnetischen Feld geleitet wird, als wenn er parallel zu diesem fließt.To increase the effective surface area within the constraints of a superconducting magnet and the requirement that the containers be removable from the magnet, US Patent No. 4,124,503 proposes using a matrix in the form of a tube, with the slurry being introduced into the centre of the tube and then flowing radially outwards through it. Other proposals for maximising the matrix surface area include providing a plurality of thin cross-section matrices arranged parallel to the container axis in the form of two rectangular sections, a series of concentric tubes or an array of rectangular sections. However, all of these arrangements suffer from the disadvantage that the flow of the slurry through the matrix is transverse to the container axis and hence to the direction of the magnetic field. It is known that the effectiveness of intercepting the magnetisable particles is less when the slurry is passed through the matrix transverse to the magnetic field than when it flows parallel to it.

Die Schrift GB 1388779 beschreibt einen Abscheider mit einer Mehrzahl von Matrixelementen, die in einer Kammer gestapelt sind, und Einführmitteln zum Einleiten einer Flüssigkeit durch die Elemente in einer Richtung parallel zum Magnetfeld innerhalb der Kammer. Die Einführmittel umfassen eine separate Zufuhrleitung für jedes Matrixelement, die ein Flußsteuerungsbauteil versorgt, welches über dem Element angeordnet ist. Jedes Flußsteuerungsbauteil umfaßt ein Verteilungsnetzwerk, das eine Zentralkammer und mehrere radiale Leitungen aufweist, um das jeweils darunterliegende Element zu versorgen, sowie ein Sammelnetzwerk einer ähnlichen Form zur Aufnahme des Schlamms von dem jeweils darüberliegenden Element.GB 1388779 describes a separator comprising a plurality of matrix elements stacked in a chamber and introducing means for introducing a liquid through the elements in a direction parallel to the magnetic field within the chamber. The introducing means comprises a separate supply line for each matrix element which supplies a flow control member arranged above the element. Each flow control member comprises a distribution network comprising a central chamber and a plurality of radial lines to supply the respective element below it and a collection network of a similar shape for receiving the sludge from the respective element above it.

Die Anordnung ist relativ kompliziert und anfällig im Hinblick eines Ausfalls durch eine Verstopfung der radialen Leitungen.The arrangement is relatively complicated and prone to failure due to blockage of the radial lines.

Ein Magnetscheider zum Trennen von magnetisierbaren Partikeln aus einer Flüssigkeit in Übereinstimmung mit dieser Erfindung umfaßt eine Trennkammer mit einem Einlaß und einem Auslaß, Mittel zum Aufbau eines axialen Magnetfeldes innerhalb der Kammer, zwei oder mehrere Matrixelemente, die axial nebeneinander entlang der Kammer angeordnet sind, sowie Strömungstrennmittel zum Aufteilen eines Flüssigkeitsstroms, der magnetisierbare Teilchen mit sich trägt und zum Einlaß eingeführt wird, in zwei oder mehrere Teile und zum Führen jedes Teils axial durch ein entsprechendes Matrixelement und von dort zum Auslaß, wobei die Strömungstrennmittel eine Zuführrohrleitung umfassen und eine Rückflußrohrleitung, wobei jede der Rohrleitungen versehen ist mit Abzweigungsleitungen zum jeweiligen Einleiten von Flüssigkeit zu jedem Matrixelement von der Zuführleitung und zum Leiten der Flüssigkeit hieraus zurück zu der Rückflußleitung, gekennzeichnet darin, daß die Matrixelemente ringförmig sind und daß eine der Zuführleitungen und Rückflußleitungen einen Kanal bildet, der mittig durch die Matrixelemente verläuft und die andere Zuführleitung und Rückflußleitung ein ringförmiges Rohr bildet, das die Matrixelemente umgibt.A magnetic separator for separating magnetizable particles from a liquid in accordance with this invention comprises a separation chamber having an inlet and an outlet, means for establishing an axial magnetic field within the chamber, two or more matrix elements arranged axially side by side along the chamber, and flow separation means for dividing a liquid stream carrying magnetizable particles and introduced to the inlet into two or more parts and for directing each part axially through a corresponding matrix element and thence to the outlet, the flow separation means comprising a feed pipe and a return pipe, each of the pipes being provided with branch pipes for respectively introducing liquid to each matrix element from the feed pipe and for directing the liquid therefrom back to the return pipe, characterized in that the matrix elements are annular and in that one of the feed pipes and return pipes forms a channel which runs centrally through the matrix elements and the other feed pipe and return pipe form a annular tube that surrounds the matrix elements.

Der Vorteil dieser Anordnung ist die Bereitstellung einer größeren Fläche des Matrixelementes, indem zwei oder mehrere Matrixelemente -gestapelt - vorgesehen sind und indem ein Teil des Schlamms zu jedem von diesen mit einer vorgegebenen Schlammzuführmenge geleitet wird. Wie oben festgestellt wurde, ist das verfahrensgemäße Aufnahmevermögen unter anderem proportional zu der Matrixfläche, und folglich steigt das verfahrensgemäße Aufnahmevermögen durch Vergrößerung der Fläche an. Außerdem wird der Schlamm durch die Matrixelemente in einer axialen Richtung geleitet, d.h. parallel zum Magnetfeld, was, wie bereits oben bemerkt, die größte Wirksamkeit zum Abscheiden der magnetisierbaren Partikel ergibt. Das Gesamtergebnis liegt darin, daß eine bessere Qualität, was das Entfernen der magnetisierbaren Teilchen aus dem Schlamm betrifft, und eine höhere Verfahrenskapazität erreicht werden kann.The advantage of this arrangement is the provision of a larger surface area of the matrix element by providing two or more matrix elements - stacked - and by feeding a part of the sludge to each of them with a predetermined sludge feed rate. As stated above, the process absorption capacity is, among other things, proportional to the matrix area, and consequently the process absorption capacity increases by increasing the area. In addition, the sludge is passed through the matrix elements in an axial direction, ie parallel to the magnetic field, which, as already stated above, provides the greatest effectiveness for separating the magnetizable particles. The overall result is that a better quality of removal of magnetizable particles from the sludge and a higher processing capacity can be achieved.

Das Gesamtmatrixvolumen ist offensichtlich geringer als bei dem Fall, bei dem ein einzelnes Matrixelement eingesetzt wird, das im wesentlichen die Kammer ausfüllt. Jedoch wird der Verlust an Matrixvolumen mehr als kompensiert durch die vergrößerte Matrixfläche und durch den hohen Abscheidungswirkungsgrad infolge des Einspeisens parallel zum Magnetfeld.The total matrix volume is obviously less than when a single matrix element is used, which essentially fills the chamber. However, the loss of matrix volume is more than compensated by the increased matrix area and by the high deposition efficiency due to feeding parallel to the magnetic field.

Wie oben bemerkt wurde, bedeutet die Vielzahl an Matrixelementen eine große Matrixfläche im Hinblick auf den einströmenden, einzuspeisenden Schlamm. Daß die Elemente gestapelt sind, bedeutet jedoch, daß es insgesamt der Anordnung erlaubt ist, daß die Länge der Matrix und demzufolge die der Kammer ohne weiteres größer als ihr Durchmesser gestaltet werden kann. Dies macht die Anordnung besonders passend für eine Verwendung mit einem supraleitenden Magneten.As noted above, the plurality of matrix elements means a large matrix area with respect to the incoming feed slurry. However, the fact that the elements are stacked means that the overall arrangement allows the length of the matrix and hence the chamber to be made easily larger than its diameter. This makes the arrangement particularly suitable for use with a superconducting magnet.

Ein weitere Vorteil der Anordnung der Matrixelemente ist darin zu sehen, daß der Magnetscheider verändert werden kann, um Schlämme zu bewältigen, die unterschiedliche Mengen an magnetisierbaren Teilchen enthalten, indem einfach die Anzahl der Matrixelemente und/oder die Tiefe von jedem Element geändert wird. Der Behälter und noch wichtiger der Magnet, weil dieser die teuerste Komponente ist, bleiben gleich. Folglich ist die Anordnung vielseitig verwendbar, allerdings in einer extrem wirtschaftlichen Weise. Weiterhin erlaubt die Anordnung einfache Voraussagen im Hinblick auf das Aufnahmevermögen aus Maßstäben nach Laborversuchen. Solche Versuche werden im allgemeinen mit einem Magnetscheider mit einer einzigen Matrix durchgeführt, während die Strömung parallel zur Richtung des Magnetfeldes gerichtet ist. Von den Ergebnissen dieser Versuche könnte eine relativ genaue Voraussage der Kapazität des Magnetscheiders dieser Erfindung gemacht werden, indem einfach die gemessene Kapazität mit der Anzahl der Matrixelemente multipliziert wird, die in den Abscheider eingesetzt werden. Umgekehrt kann die gemessene Kapazität verwendet werden, um die Anzahl der Elemente zu berechnen, die für eine speziell gewünschte Betriebskapazität notwendig sind.Another advantage of the matrix element arrangement is that the magnetic separator can be modified to handle slurries containing different amounts of magnetizable particles by simply changing the number of matrix elements and/or the depth of each element. The container and, more importantly, the magnet, because this is the most expensive component, remain the same. Thus, the arrangement is versatile, but in an extremely economical manner. Furthermore, the arrangement allows easy predictions of the capacity from scale after laboratory tests. Such tests are generally carried out with a single matrix magnetic separator while the flow is parallel to the direction of the magnetic field. From the results of these tests, a relatively accurate prediction of the capacity of the magnetic separator of this invention could be made by simply multiplying the measured capacity by the number of matrix elements inserted into the separator. Conversely, the measured capacitance can be used to calculate the number of elements needed for a specific desired operating capacitance.

Die Strömungstrennmittel sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie die Strömung in gleich große Teile auftrennen. Dies erlaubt es, jedes Matrixelement in seiner vollen Kapazität zu verwenden, weil es gewährleistet, daß ein Element nicht vor anderen Elementen mit magnetisierbaren Partikeln gefüllt wird. Die Strömungstrennmittel umfassen eine Zuführröhre und eine Rückflußröhre, von denen eine einen zylindrischen Kanal bildet, der durch die Matrixelemente verläuft, während die andere ein ringförmiges Rohr bildet, das die Matrixelemente umgibt. In jedem Fall sind die Innenquerschnitte der Zuführ- und Rückfluß röhren vorzugsweise über ihre Länge verschieden. Der Vorteil, daß die Zuführ- und Rückflußröhren mit Innenquerschnitten versehen sind, die entlang ihrer Länge variieren, liegt darin, daß durch ein geeignetes Festsetzen des Innenquerschnittes gewährleistet ist, daß die Geschwindigkeit und der Druck auf den zugeführten Schlamm konstant entlang der Länge der Zuführ- und Rückflußröhren gehalten wird, was sicherstellt, daß die Teile, in die die Schlammströmung aufgeteilt wird, gleichmäßig groß sind.The flow separation means are preferably arranged so that they divide the flow into equal parts. This allows each matrix element to be used to its full capacity. because it ensures that one element is not filled with magnetizable particles before other elements. The flow separation means comprise a feed tube and a return tube, one of which forms a cylindrical channel passing through the matrix elements, while the other forms an annular tube surrounding the matrix elements. In any case, the internal cross-sections of the feed and return tubes are preferably different along their length. The advantage of providing the feed and return tubes with internal cross-sections which vary along their length is that by suitably setting the internal cross-section it is ensured that the velocity and pressure on the fed sludge is kept constant along the length of the feed and return tubes, which ensures that the parts into which the sludge flow is divided are of uniform size.

Ein Strömungstrennelement kann innerhalb der Zuführ und Rückflußröhren koaxial zu diesen vorgesehen sein, wobei das Trennelement in dem Fall, wenn die Röhre ein zylindrischer Kanal ist, eine Stange umfaßt, deren Durchmesser über ihre Länge unterschiedlich ist, wobei der Innenquerschnitt der Zuführröhre ebenfalls entlang deren Länge verschieden ist. In dem Falle, bei dem die Leitung ein ringförmiges Rohr ist, wird das Element an dem Inneren von dessen Außenwand befestigt sein und bildet ein röhrenartiges Führungsrohr, dessen innerer Durchmesser über seiner Länge unterschiedlich ist, wobei der Innenquerschnitt der Röhre ebenfalls über ihrer Länge verschieden ist.A flow separating element may be provided within the supply and return tubes coaxially therewith, the separating element comprising a rod in the case where the tube is a cylindrical channel, the diameter of which varies along its length, the internal cross-section of the supply tube also varying along its length. In the case where the conduit is an annular tube, the element will be fixed to the interior of its outer wall and forms a tubular guide tube, the internal diameter of which varies along its length, the internal cross-section of the tube also varying along its length.

Das Strömungstrennelement der Zuführ oder der Rückflußröhren weist in passender Weise n-1 Bereiche für einen Abscheider mit n Matrixelementen auf, wobei ein Bereich mit jedem Matrixelement verbunden ist außer dem Matrixelement neben dem Einlaß, wobei der Durchmesser des Bereiches, der mit einem speziellen Matrixelement verbunden ist, größer ist als der Bereich, der mit dem nächsten benachbarten Element entlang der Kammer verbunden ist, wobei das Trennelement sich abgeglättet zwischen jedem Bereich ausdehnt. Bei einer Zuführröhre oder einer Rückflußröhre mit eine Querschnittsfläche x kann der Bereich des Trennelementes neben dem Einlaß 1/(n-1)x sein und die Fläche jedes nachfolgenden Bereichs könnte größer als 1/(n-1)x sein. Diese Gestaltung des Trennelementes resultiert in einer Zuführröhre oder in einer Rückführröhre mit einer Innenquerschnittsfläche die schrittweise entlang ihrer Länge beginnend am Einlaß abnimmt. Die Abnahme der Querschnittsfläche resultiert darin, daß die Schlammzufuhr entlang der Röhre eine konstante Geschwindigkeit aufweist. Dieses Ergebnis ist wichtig, weil es gewährleistet, daß gleich große Teile von Schlamm zu jedem Matrixelement geführt werden und demzufolge jedes Element gleichmäßig mit magnetisierbaren Partikeln aufgefüllt wird.The flow separator of the feed or return tubes suitably has n-1 regions for a separator with n matrix elements, one region connected to each matrix element except the matrix element adjacent to the inlet, the diameter of the region connected to a particular matrix element being larger than the region connected to the next adjacent element along the chamber, the separator extending smoothly between each region. For a feed tube or a return tube with a cross-sectional area x, the area of the separator adjacent to the inlet may be 1/(n-1)x and the area of each subsequent region may be larger than 1/(n-1)x. This design of the separator results in a feed tube or a return tube with an internal cross-sectional area that decreases gradually along its length starting at the inlet. The decrease in cross-sectional area results in the sludge feed along the tube having a constant velocity. This result is important because it ensures that equal amounts of sludge are delivered to each matrix element and consequently each element is evenly filled with magnetizable particles.

Alternativ können die Innenquerschnitte der Zuführ- und Rückflußröhren variiert werden durch die Veränderung der Größe der Matrixelemente, insbesondere durch Herstellung mit verschiedenen inneren und äußeren Radien. Der innere Radius von aufeinanderfolgenden Matrixelementen kann degressiv abnehmen, wobei in entsprechender Weise der Innenquerschnitt des mittigen Kanals abnimmt, wobei das letzte Matrixelement einen Innendurchmesser von Null aufweist, d.h. es ist kreis- und nicht mehr ringförmig. Die Außendurchmesser der aufeinanderfolgenden Matrixelemente können auf eine ähnliche Weise progressiv ansteigen, um eine entsprechende Abnahme im Innenquerschnitt des ringförmigen Rohres zu ergeben. Das Ergebnis wiederum wird sein, daß Schlamm, der entlang der Röhren eingespeist wird; mit einer konstanten Geschwindigkeit fließt und daß demgemäß gleiche Mengen von Schlamm in jedes Matrixelement eingespeist werden. Der Vorteil dieser Fließsteuerungsanordnung ist, daß das Gesamtmatrixvolumen größer ist, allerdings schließt dies die Forderung ein, daß jedes Matrixelement individuell hergestellt wird. Führungselemente, geeigneterweise in Form eines Rings von einem Querschnitt eines rechtwinkligen Dreiecks, können an der inneren und/oder äußeren Kante jedes Matrixelementes angeordnet sein, um die Strömung zu verbessern und um Turbulenzen zu vermeiden.Alternatively, the internal cross-sections of the feed and return tubes can be varied by changing the size of the matrix elements, in particular by manufacturing them with different internal and external radii. The internal radius of successive matrix elements can decrease progressively, with the internal cross-section of the central channel decreasing accordingly, the last matrix element having zero internal diameter, i.e. it is circular and no longer annular. The external diameters of successive matrix elements can increase progressively in a similar way to give a corresponding decrease in the internal cross-section of the annular tube. The result, again, will be that slurry fed along the tubes will flow at a constant rate and that, accordingly, equal amounts of slurry will be fed into each matrix element. The advantage of this flow control arrangement is that the total matrix volume is larger, but this involves the requirement that each matrix element be manufactured individually. Guide elements, suitably in the form of a ring with a cross-section of a right-angled triangle, may be arranged on the inner and/or outer edge of each matrix element to improve the flow and to avoid turbulence.

Ein ringförmiger Raum kann zwischen jedem benachbarten Matrixelementenpaar vorgesehen sein, der sich in die Zuführ- und die Rückflußröhre öffnet, wobei jeder ringförmige Raum mittels einer Platte getrennt ist in einen Einspeiseleitungsweg für das eine benachbarte Element und einen Rückleitungsweg für das andere benachbarte Element. Die Platte(n) kann(können) konisch gefomt sein und zu den Flächen der Matrixelemente gewinkelt angeordnet sein und sich zwischen diesen erstrecken. Dies stellt sicher, daß der Druck der Flüssigkeit, die zu dem Matrixelement geführt wird, relativ konstant über der Fläche des Elementes ist, was eine gleichmäßige Strömung durch das Element ergibt und daraus folgende optimale Ergebnisse.An annular space may be provided between each adjacent pair of matrix elements opening into the feed and return tubes, each annular space being separated by a plate into a feed path for one adjacent element and a return path for the other adjacent element. The plate(s) may be conically shaped and angled to and extending between the faces of the matrix elements. This ensures that the pressure of the liquid supplied to the matrix element is relatively constant across the face of the element, giving uniform flow through the element and consequent optimum results.

Zusätzlich oder alternativ zu der Verwendung der gewinkelten Platten kann eine poröse Platte über den Flächen der Matrixelemente vorgesehen sein, auf die Schlamm geführt wird und von der er abgezogen wird. Die Verwendung einer porösen Platte lindert den Effekt von jeglicher Druckdifferenz, die über der Fläche besteht, und stellt somit eine gleichmäßige Strömung über der Fläche des Matrixelementes aufgrund des signifikanten und bekannt gleichmäßigen Druckabfalls über der Platte sicher.In addition to or alternatively to the use of the angled plates, a porous plate may be provided over the faces of the matrix elements onto which slurry is fed and from which it is withdrawn. The use of a porous plate alleviates the effect of any pressure differential existing across the face and thus ensures uniform flow over the face of the matrix element due to the significant and known uniform pressure drop across the plate.

Als Ergebnis der Tatsache, daß der Magnetscheider für den Gebrauch mit supraleitenden Magneten gut geeignet ist und insbesondere, daß er keinen dünnen Magneten mit großem Durchmesser mit Polschuhen braucht, kann die Kammer aufleichte Weise von dem Magnet entfernt werden, und folglich kann die Anordnung in einem Verfahren, wie es in dem US- Patent Nr.4124503 beschrieben ist, eingesetzt werden. Demgemäß umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform der Mag netscheider zwei Kammern, und die Mittel zur Erzeugung eines axialen Feldes umfassen einen Magneten zum Aufbau eines Magneffeldes, in das die Kammern alternativ angeordnet werden können, so daß ihre Achsen zu dem Feld ausgerichtet sind.As a result of the fact that the magnetic separator is well suited for use with superconducting magnets, and in particular that it does not require a thin, large diameter magnet with pole pieces, the chamber can be easily removed from the magnet and hence the assembly can be used in a process as described in US Patent No. 4124503. Accordingly, in a preferred embodiment, the magnetic separator comprises two chambers and the means for generating an axial field comprises a magnet for establishing a magnetic field in which the chambers can be alternatively arranged so that their axes are aligned with the field.

Die Erfindung wird nunmehr mittels eines Beispiels weiter beschrieben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:The invention will now be further described by way of example with reference to the accompanying drawings in which:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Magentscheiders mit steilem Gradienten ist;Figure 1 is a schematic view of a steep gradient magdecisor;

Figur 2 ein vertikaler Schnitt durch eine Ausführungsform einer Trennkammer eines Magnetscheiders in Übereinstimmung mit der Erfindung ist;Figure 2 is a vertical section through an embodiment of a separation chamber of a magnetic separator in accordance with the invention;

Figur 3 ein vertikaler Schnitt durch eine Skizze einer zweiten Ausführungsform einer Trennkammer eines Magnetscheiders in Übereinstimmung mit der Erfindung ist;Figure 3 is a vertical section through a sketch of a second embodiment of a separation chamber of a magnetic separator in accordance with the invention;

Figuren 4a und 4b Skizzen sind, die das Einleiten zu jedem Element des Magnetscheiders der Figuren 2 und 3 darstellen; undFigures 4a and 4b are sketches illustrating the introduction to each element of the magnetic separator of Figures 2 and 3; and

Figuren 5a, 5b und 5c Skizzen von alternativen Anordnungen des Magnetscheiders der Figuren 2 und 3 sind.Figures 5a, 5b and 5c are sketches of alternative arrangements of the magnetic separator of Figures 2 and 3.

Figur 1 zeigt in schematischer Form die Basiskomponenten eines Magnetscheiders mit steilem Gradienten (HGMS). Diese sind: ein Behälter 2 mit einem Einlaß 4 und einem Auslaß 6, und eine Matrix 8 innerhalb des Behälters, die beispielsweise aus Drahtwolle, Drahtgewebe, einem gewirkten Geflecht oder Stahlkugeln oder andere Formen aus Partikeln oder Fasern gebildet ist, wobei das Material der Matrix magnetisierbar ist. Es ist ein den Behälter umgebender Magnet 10 vorhanden, bei dem es sich um einen Elektromagneten oder einen supraleitenden Magneten handeln kann, wobei der Magnet 10 dazu dient, die Matrix 8 zu magnetisieren. Schlamm eines mineralischen Erzes oder geschlämmten Lehm, welche magnetisierbare Partikel enthalten, werden durch den Einlaß 4 so eingeführt, daß sie die Matrix 8 durchverlaufen und den Behälter über den Auslaß 6 verlassen, wie gezeigt mit Hilfe der Pfeile in Figur 1. Die magnetisierbaren Teilchen in dem Schlamm werden von der Matrix 8 abgefangen und folglich aus dem Schlamm entfernt.Figure 1 shows in schematic form the basic components of a steep gradient magnetic separator (HGMS). These are: a container 2 having an inlet 4 and an outlet 6, and a matrix 8 within the container formed, for example, from wire wool, wire cloth, knitted mesh or steel balls or other forms of particles or fibres, the material of the matrix being magnetisable. There is a magnet 10 surrounding the container which may be an electromagnet or a superconducting magnet, the magnet 10 serving to magnetise the matrix 8. Sludge of a mineral ore or slurried clay, which contain magnetizable particles are introduced through the inlet 4 so that they pass through the matrix 8 and leave the vessel via the outlet 6, as shown by the arrows in Figure 1. The magnetizable particles in the sludge are intercepted by the matrix 8 and consequently removed from the sludge.

Das durch den Magneten 10 erzeugte magnetische Feld wird im allgemeinen zur Achse des Behälters 2 ausgerichtet sein. Falls die Matrix 8 ein einziges Element umfaßt, das so groß ist, daß es die Mitte des Behälters 2 im wesentlichen ausfüllt, wird die Schlammströmung hierdurch parallel zu dem Magnetfeld verlaufen, was die größte Effektivität des Abscheidens von magnetisierbaren Teilchen ergibt In vielen bekannten Vorrichtungen verläuft jedoch die Strömung des Schlammes durch die Matrix 8 quer zur Achse des Behälters 2 und demzufolge auch quer zum Magnetfeld. Dies wird erreicht, indem die Matrix als beispielsweise ein Rohr gebildet ist und Flußsteuerungsmittel vorgesehen sind, die angeordnet sind um den Schlamm nach unten in das Zentrum der röhrenförmigen Matrix 8 zu leiten, radial durch diese hindurch und dann nach unten zwischen dem Äußeren der röhrenförmigen Matrix 8 und den Behälterwänden zum Auslaß 6. Die Abscheidungseffektivität mittels dieser Queranordnung ist gering. Der Grund für diese Verwendung ist der Versuch und die Maximierung des Matrixquerschnitts, durch den der Schlamm fließt, innerhalb der Vorgaben, daß die Länge des Behälters 2 größer als ihr Durchmesser ist, wie weiter oben diskutiert.The magnetic field generated by the magnet 10 will generally be aligned with the axis of the container 2. If the matrix 8 comprises a single element large enough to substantially fill the centre of the container 2, the slurry flow therethrough will be parallel to the magnetic field, giving the greatest efficiency of separating magnetisable particles. In many known devices, however, the flow of slurry through the matrix 8 is transverse to the axis of the container 2 and, consequently, also transverse to the magnetic field. This is achieved by forming the matrix as, for example, a tube and providing flow control means arranged to direct the slurry downwards into the centre of the tubular matrix 8, radially through it and then downwards between the exterior of the tubular matrix 8 and the container walls to the outlet 6. The separation efficiency by means of this transverse arrangement is low. The reason for this use is to try and maximize the matrix cross-section through which the sludge flows, within the constraints that the length of the vessel 2 is greater than its diameter, as discussed above.

Der Magnetscheider von Figur 2 weist einen Behälter 2 auf, dessen Länge größer ist als sein Durchmesser, allerdings ist die Matrix 8 so angeordnet, daß die Querschnittsfläche der Matrix, durch die der Schlamm, der aufgeteilt werden soll, geführt wird, größer ist als die von bekannten Queranordnungen. Außerdem wird der Schlamm durch die Matrix 8 in einer Richtung parallel zum Magnetfeld innerhalb des Behälters 2 geführt, was die größtmögliche Abscheidungseffektivität ergibt.The magnetic separator of Figure 2 comprises a vessel 2 which is longer than its diameter, but the matrix 8 is arranged so that the cross-sectional area of the matrix through which the sludge to be separated is passed is larger than that of known transverse arrangements. In addition, the sludge is passed through the matrix 8 in a direction parallel to the magnetic field within the vessel 2, which gives the greatest possible separation efficiency.

Dies wird erreicht durch die Bereitstellung der Matrix 8 in Form einer Vielzahl von ringförmigen Matrixelementen 12, die übereinander innerhalb des Behälters 2 gestapelt sind. Diese Elemente 12 werden parallel, d. h. gleichzeitig, von einem Schlammfluß gespeist, der zu dem Einlaß 4 des Behälters 2 geführt wird.This is achieved by providing the matrix 8 in the form of a plurality of annular matrix elements 12 stacked one above the other within the vessel 2. These elements 12 are fed in parallel, i.e. simultaneously, by a sludge flow which is led to the inlet 4 of the vessel 2.

Es ist vorteilhaft, daß durch die Bereitstellung mehrerer Matrixelemente 12 anstelle einer ungeteilten Matrix, die im wesentlichen den Behälter 2 ausfüllt, die Oberfläche, die dem zugeführten Schlamm entgegengesetzt wird, um einen Faktor gleich der Anzahl der Elemente 12 vergrößert wird. Dies führt zu einer entsprechenden Vergrößerung in der Leistungsfähigkeit eines Behälters der gegebenen Größe. Obwohl dies im Vergleich mit einer ungeteilten zylindrischen Matrix in Verbindung mit der Bereitstellung der Matrix 8 in Form der Elemente 12 ein geringeres Matrixvolumen darstellt, wird dies aufgewogen durch die Vergrößerung der Fläche sowohl im Vergleich mit bekannten Anordnungen mit axialer Strömung als auch durch die Verbesserung der Abscheidungseffektivität, die, verglichen mit bekannten radialen Fließanordnungen, aus der axialen Einspeisrichtung resultiert.It is advantageous that by providing several matrix elements 12 instead of an undivided matrix which essentially fills the container 2, the surface area which is opposed to the supplied sludge is increased by a factor equal to the number of elements 12. This leads to a corresponding increase in the performance of a vessel of the given size. Although this represents a smaller matrix volume compared with an undivided cylindrical matrix combined with the provision of the matrix 8 in the form of the elements 12, this is offset by the increase in area both compared with known axial flow arrangements and by the improvement in separation efficiency resulting from the axial feed direction compared with known radial flow arrangements.

Der in Figur 2 gezeigte Abscheider ist versehen mit Flußsteuerungsmitteln zur Auftrennung einer magnetisierbare Partikel enthaltenden Flüssigkeitsströmung die in den Einlaß 4 des Behälters 2 eingeführt wird, in eine Anzahl von Teilen und zum Leiten jedes Teils axial durch ein Matrixelement 12, wie dargestellt durch die Pfeile 14. Die Flußsteuerungsmittel bestehen im wesentlichen aus einer zentralen Zuführungsröhre 16 durch die Elemente 12 sowie einer ringförmigen Rückflußröhre 18, das die Elemente 12 umgibt, wobei jede der Röhren 16, 18 einen unterschiedlichen Innequerschnitt aufweist, sowie aus Abzweigungsleitungen von und zu den Röhren 16,18, die durch die Auftrennung des ringförmigen Raumes zwischen jedem benachbarten Elementepaar mit kegelstumpfförmigen Platten 20 gebildet werden. Die Zuführröhre 16 ist mit dem Einlaß 4 verbunden, während die Rückfluß röhre 18 mit einem Auslaß (nicht gezeigt) verbunden ist, welche sich an dem oberen Ende des Behälters befindet.The separator shown in Figure 2 is provided with flow control means for separating a liquid flow containing magnetizable particles introduced into the inlet 4 of the container 2 into a number of parts and for directing each part axially through a matrix element 12 as shown by the arrows 14. The flow control means consist essentially of a central feed tube 16 through the elements 12 and an annular return tube 18 surrounding the elements 12, each of the tubes 16, 18 having a different internal cross-section, and branch lines from and to the tubes 16, 18 formed by separating the annular space between each adjacent pair of elements with frustoconical plates 20. The feed tube 16 is connected to the inlet 4, while the return tube 18 is connected to an outlet (not shown) located at the upper end of the container.

Wie oben erwähnt, weisen sowohl die Zuführröhren 16 als auch die Rückführröhren 18 unterschiedliche Innenquerschnitsflächen auf. Dies wird dadurch erreicht, daß jede mit einem Trennelement 22, 24 versehen ist. Das Zuführtrennelement 22 hat die Form einer Stange mit unterschiedlicher Querschnittsfläche, insbesondere umfaßt es eine Anzahl von konstanten Durchmesserbereichen 26a, b, c, wobei jeder dieser Bereiche mit einem bestimmten Matrixelement 12 in Beziehung steht, wobei die konstanten Bereiche mit konstantem Durchmesser 26a, b, c über sich glatt verjüngende Ausdehnungsbereiche 28 verbunden sind. Der Durchmesser der Bereiche 26a, b, c ist so gebildet, daß die Fläche der Zuführröhre 16 an jedem nachfolgenden Matrixelement 12 durch einen Betrag gleich 1/(n-1)x vermindert wird, falls n Matrixelemente 12 vorhanden sind und die Fläche der Zuführröhre 16 an dem obersten Matrixelement 12 den Wert x hat. Folglich weist das Trennelement 22 n-1 Bereiche auf, die nachfolgend eine Fläche von 1/(n-1)x 2/(n-1)x ... bis x aufweisen. Tatsächlich muß das Trennelement 22 einen Bereich einer Querschnittsfläche x nicht einschließen, d. h., ein (n-1)-Element, anstelle dessen kann die Grundfläche des Behälters 8 passend geformt sein, um dies wirkungsvoll zu ermöglichen.As mentioned above, both the feed tubes 16 and the return tubes 18 have different internal cross-sectional areas. This is achieved by providing each with a separating element 22, 24. The feed separating element 22 has the form of a rod with a different cross-sectional area, in particular it comprises a number of constant diameter regions 26a, b, c, each of these regions being related to a specific matrix element 12, the constant diameter regions 26a, b, c being connected via smoothly tapering expansion regions 28. The diameter of the regions 26a, b, c is formed such that the area of the feed tube 16 at each subsequent matrix element 12 is reduced by an amount equal to 1/(n-1)x if there are n matrix elements 12 and the area of the feed tube 16 at the uppermost matrix element 12 is x. Consequently, the separator element 22 has n-1 regions which subsequently have an area of 1/(n-1)x 2/(n-1)x ... to x. In fact, the separator element 22 need not enclose a region of cross-sectional area x, i.e., an (n-1) element, instead the base of the container 8 can be suitably shaped to effectively allow this.

Das Trennelement 24 der Rückflußleitung 18, das als röhrenförmige Führung geformt ist, umfaßt weiterhin die Bereiche 30a, b, c, d, wobei die Dicke der aufeinanderfolgenden Bereiche entlang des Behälters nach unten hin um einen regelmäßigen Betrag von 1/(n-1) x ansteigt, wobei x die Fläche der Rückflußröhre an dem obersten Matrixelement 12 ist.The separating element 24 of the return line 18, which is shaped as a tubular guide, further comprises the regions 30a, b, c, d, the thickness of the successive regions increasing downwards along the container by a regular amount of 1/(n-1) x, where x is the area of the return tube at the uppermost matrix element 12.

Als Ergebnis der unterschiedlichen Innenquerschnittsflächen der Zuführ und Rückflußröhren 16, 18 sowie insbesondere des regelmäßigen Abfalls der Querschnittsfläche der Zuführröhren 16 an jedem folgenden Matrixelement 12 ist zu sehen, daß die Geschwindigkeit und der Druck der Flüssigkeit in der Röhre 16 entlang dieser konstant ist und daß der Fluß zu jedem Matrixelement 12 gleich groß ist. Dies wird weiterhin sichergestellt durch einen Einlaß 4 mit einer Querschnittsfläche gleich n/(n-1) x.As a result of the different internal cross-sectional areas of the feed and return tubes 16, 18 and in particular the regular decrease in the cross-sectional area of the feed tubes 16 at each subsequent matrix element 12, it can be seen that the speed and pressure of the liquid in the tube 16 is constant along it and that the flow to each matrix element 12 is the same. This is further ensured by an inlet 4 with a cross-sectional area equal to n/(n-1) x.

Um die Stabilität des Systems zu erhöhen, kann das Trennelement 22 über einen Ankerstab mit dem Einlaß 4 verbunden sein. Alternativ kann sich das Element 22 über dem Matrixstapel wie gezeigt in Figur 5a ausdehnen. Dies erhöht die Stabilität und erleichtert die Elementenfixierung. Die bei der Berechnung für die Größe des Elementbereichs eingestellte Fläche x liegt dann zwischen dem obersten Ende 32 des Elementes 22 und den Seiten des Einlasses 4.To increase the stability of the system, the separating element 22 can be connected to the inlet 4 via an anchor rod. Alternatively, the element 22 can extend above the matrix stack as shown in Figure 5a. This increases stability and facilitates element fixation. The area x set for the size of the element area during the calculation then lies between the top end 32 of the element 22 and the sides of the inlet 4.

In der in Figur 3 gezeigten, alternativen Ausführungsform ist auf die Trennelemente 22 und 24 verzichtet worden, und der Innenquerschnitt der Zuführ- und Rückflußröhren 16, 18 ist unterschiedlich durch die Bereitstellung von Matrixelementen 12 mit unterschiedlicher Größe. Die inneren Radien der aufeinanderfolgenden Elemente 12a, b, c, nehmen fortschreitend von einem Maximum am Element 12a zu einem Minimum von Null an dem Element 12c hin ab, das folglich kreisförmig statt ringförmig ist. Die äußeren Radien der Elemente 12a, b, c steigen progressiv an. Die Radien können so gebildet sein, daß sie einen Abfall in der Fläche der Zuführröhre 16 an den nachfolgenden Matrixelementen bewirken, die gleich der ist, die in der Ausführungsform nach Figur 2 erreicht wird, d.h., ein Abfall von 1/(n-1) x, wobei x die Fläche der Zuführröhre 16 an dem obersten Element 12 a ist. Das Ergebnis hiervon ist das gleiche, was durch die Verwendung des Trennelementes 22 und 24 erreicht wird, d.h. die Geschwindigkeit und der Druck der Flüssigkeit in den Röhren 16, 18 sind entlang dieser konstant. Die Anordnung der Figur 3 hat den Vorteil, daß sie ein größeres Matrixvolumen aufweist als die Anordnung nach Figur 2.In the alternative embodiment shown in Figure 3, the separating elements 22 and 24 have been omitted and the internal cross-section of the feed and return tubes 16, 18 is varied by providing matrix elements 12 of different sizes. The inner radii of the successive elements 12a, b, c decrease progressively from a maximum at element 12a to a minimum of zero at element 12c, which is thus circular rather than annular. The outer radii of the elements 12a, b, c increase progressively. The radii may be designed to cause a decrease in the area of the feed tube 16 at the subsequent matrix elements equal to that achieved in the embodiment of Figure 2, i.e. a decrease of 1/(n-1) x, where x is the area of the feed tube 16 at the uppermost element 12a. The result of this is the same as that achieved by using the separating element 22 and 24, i.e. the velocity and pressure of the liquid in the tubes 16, 18 are constant along them. The arrangement of Figure 3 has the advantage of having a larger matrix volume than the arrangement according to Figure 2.

Um den Fluß zu verbessern und um eine turbulente Strömung zu verhindern, können Fühwngselemente in Form von Ringen mit dreieckigem Querschnitt 33 an der inneren Kante von jedem Element 12a, b, c befestigt sein, wie dies in Figur 3 gezeigt ist.In order to improve the flow and to prevent turbulent flow, guide elements in the form of rings with triangular cross-section 33 can be attached to the inner edge of each element 12a, b, c, as shown in Figure 3.

Die Flächen der Matrixelemente 12, auf die Flüssigkeit geleitet wird und von der Flüssigkeit aufgenommen wird, werden durch poröse Platten 34 gebildet. Dies gewährleistet, daß der Fluß zu den Matrixelementen 12 im wesentlichen über deren Oberflächen gleichmäßig verläuft und daß deshalb deren volles Abscheidungsvermögen genutzt wird. Der Grund hierfür wird mit Bezugnahme auf Figur 4a erklärt, welche eine Skizze ist, die den Flüssigkeitsfluß zu einem an seinem Ende geschlossenen rechteckigen Rohrabschnitt mit einer porösen Oberfläche 34 zeigt. Der Druck am Punkt x wird größer als der Druck am Punkt y sein, und, falls anstelle der porösen Platten 34 einfach ein Spalt vorhanden wäre, würde die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bei x größer sein als die bei y, was in einer ungleichen Strömung über den Spalt resultieren würde. Die poröse Platte 34 bewirkt ein darüber verlaufendes Druckdifferential, und falls dieses sehr viel größer als die Differenz zwischen dem Druck am Punkt x und dem an Punkt y ist, ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit an beiden dieser Punkte annähernd die gleiche, so daß der Fluß durch die poröse Platte 34 gleichmäßig über ihrem Umfang verlaufen wird.The surfaces of the matrix elements 12 onto which liquid is directed and taken up by the liquid are formed by porous plates 34. This ensures that the flow to the matrix elements 12 is substantially uniform over their surfaces and that their full separation capacity is therefore used. The reason for this will be explained with reference to Figure 4a, which is a sketch showing the flow of liquid to a rectangular pipe section closed at its end with a porous surface 34. The pressure at point x will be greater than the pressure at point y and, if there were simply a gap instead of the porous plates 34, the velocity of the liquid at x would be greater than that at y, resulting in unequal flow across the gap. The porous plate 34 creates a pressure differential across it, and if this is much greater than the difference between the pressure at point x and that at point y, the velocity of the fluid at both of these points will be approximately the same, so that the flow through the porous plate 34 will be uniform around its circumference.

Eine weitere Verbesserung in der Gleichförmigkeit des Flusses wird durch die Verwendung der kegelstumpfförmigen Platten 20 erreicht, wie es in den Figuren 2 und 3 gezeigt wird. Deren Effekt wird nun unter Bezugnahme zu der Skizze der Figur 4b beschrieben, die einen rechteckigen Rohrabschnitt mit einer gewinkelten Platte 20 an dessen Ende zeigt. Man denke sich eine Ebene bei der Hälfte des keilförmigen Bereichs, definiert durch die Platte 20, d.h. bei Z. Die Querschnittsfläche bei Z umfaßt die Hälfte von der bei X, weil aber nur die Hälfte der Flüssigkeitsmenge durch die Ebene bei Z fließt, ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeit bei Z gleich der Geschwindigkeit bei X und demgemäß ergibt sich nach der Bernoulli Gleichung, daß der Druck bei Z gleich dem bei X sein wird. Selbst unter schlechten Bedingungen werden die Drücke nur gering verschieden sein, und demgemäß muß der Druckabfall über den porösen Platten 34 nur gering größer als der Druckabfall entlang der Länge des keilförmigen Bereichs sein, der durch die Platte 20 definiert wird, um einen gleichmäßigen Fluß durch die poröse Platte 34 sicherzustellen.A further improvement in the uniformity of flow is achieved by the use of the frusto-conical plates 20 as shown in Figures 2 and 3. Their effect will now be described with reference to the sketch of Figure 4b which shows a rectangular section of pipe with an angled plate 20 at the end thereof. Consider a plane at half the wedge-shaped region defined by the plate 20, i.e. at Z. The cross-sectional area at Z is half that at X, but because only half the amount of liquid flows through the plane at Z, the velocity of the liquid at Z is equal to the velocity at X and accordingly, according to the Bernoulli equation, the pressure at Z will be equal to that at X. Even under poor conditions, the pressures will differ only slightly and, accordingly, the pressure drop across the porous plates 34 need only be slightly greater than the pressure drop along the length of the wedge-shaped region defined by the plate 20 to ensure uniform flow through the porous plate 34.

Die Trennplatten 20 sind von ihrer Form her als einfach stumpfkegelförmig beschrieben worden. Dies ergibt jedoch keine konstante Flußgeschwindigkeit Vorzugsweise sind die Platten 20 so geformt, daß der Spalt zwischen der Oberfläche eines Matrixelementes 12 und der Platte 20 über dieser mit dem Radius gemäß der folgenden Beziehung variiert: The separating plates 20 have been described as simply truncated conical in shape. However, this does not result in a constant flow velocity. Preferably, the Plates 20 are shaped so that the gap between the surface of a matrix element 12 and the plate 20 above it varies with radius according to the following relationship:

wobei h die Höhe bei jedem Radius r istwhere h is the height at each radius r

r&sub0; der Außenradius istr0 is the outer radius

Vm die Geschwindigkeit des Schlammflusses im Matrixelement 12 istVm is the velocity of the mud flow in the matrix element 12

Vr die gewünschte radiale Geschwindigkeit des Schlammflusses von der Zuführröhre in und durch die ringförmigen Räume zwischen den Elementen 12 ist.Vr is the desired radial velocity of slurry flow from the feed tube into and through the annular spaces between the elements 12.

Figur 5b stellt eine alternative Anordnung zu der von Figur 3 dar, in der auf die Trennelemente 22 und 23 verzichtet ist, wobei die Matrixelemente 12 aber keine variierende Größen aufweisen. In diesem Fall sind die Röhren 16 und 18 in "unbegrenzte Reservoirs" umgewandelt durch Vergrößerung des Drucks auf die Flüssigkeit an den Eingangs- und Ausgangspunkten auf den Ring, der sich zwischen den Matrixelementen 12 erstreckt. Dies kann durch die Verwendung von Ringelementen 36 erreicht werden, die an den Kanten der Elemente 12 angeordnet sind, um die Öffnungen zwischen den Röhren 16 und 18 und den ringförmigen Bereichen zu begrenzen, wie dies in Figur 5b gezeigt istFigure 5b illustrates an alternative arrangement to that of Figure 3 in which the separators 22 and 23 are omitted but the matrix elements 12 do not have varying sizes. In this case the tubes 16 and 18 are converted into "unconfined reservoirs" by increasing the pressure on the liquid at the entry and exit points on the ring extending between the matrix elements 12. This can be achieved by using ring elements 36 arranged on the edges of the elements 12 to define the openings between the tubes 16 and 18 and the annular regions as shown in Figure 5b.

Figur 5c zeigt noch eine weitere alternative Anordnung, in der ebene Platten 38 anstelle der konischen Platten 20 eingesetzt werden, um die Einspeisungsleitungen zu und von den Matrixelementen 12 weg zu bilden. Die ebenen Platten 38 sind über kreisförmige Flansche 40 mit den Elementen 12 verbunden, die die Strömung auf die selbe Art und Weise und mit dem gleichen Ergebnis wie die oben unter Bezugnahme auf Figur Sb beschriebenen Ringelemente 36 begrenzen. Selbst der Fluß durch die Elemente 12 wird mit den vorgesehenen planaren Platten 38 erzeugt, wobei der Druckunterschied über den Eingangs- und Ausgangsoberflächen der Elemente 12 ausreichend hoch ist. Dies kann, wie detailliert weiter oben beschrieben ist, erreicht werden durch die Verwendung von porösen Platten 34 über den Oberflächen. Durch Abstaffelung des Drucks radial über den porösen Platten 34 beispielsweise durch Variierung deren Öffnungsdurchmessers als Funktion der radialen Verschiebung, kann eine weitgehend genaue gleichmäßige Flußverteilung hierüber erreicht werden.Figure 5c shows yet another alternative arrangement in which planar plates 38 are used instead of the conical plates 20 to form the feed lines to and from the matrix elements 12. The planar plates 38 are connected to the elements 12 by circular flanges 40 which restrict the flow in the same way and with the same result as the ring elements 36 described above with reference to Figure 5b. Even the flow through the elements 12 is created with the planar plates 38 provided, the pressure difference across the inlet and outlet surfaces of the elements 12 being sufficiently high. This can be achieved, as described in detail above, by using porous plates 34 across the surfaces. By staggering the pressure radially across the porous plates 34, for example by varying their opening diameter as a function of the radial displacement, a largely precise, uniform flow distribution can be achieved across them.

Die durch den Abscheider fließende Flüssigkeit vom Einlaß bewegt sich axial entlang der Zuführröhre, radial zwischen zwei Elementen, axial durch das untere der zwei Elemente, radial zwischen diesem Element und dem darunterliegenden und dann axial entlang der Rückflußröhre.The liquid flowing through the separator from the inlet moves axially along the feed tube, radially between two elements, axially through the lower of the two elements, radially between this element and the one below it and then axially along the return tube.

Der in den Figuren 2, 3 und 5 gezeigte Magnetscheider schafft eine große Matrixoberfläche, die eine entsprechend hohe Leistungsfähigkeit ergibt. Die maximale Abscheidungskapazität jedes Elementes wird genutzt. Der Fluß des Schlammes durch die Matrixelemente 12 verläuft parallel zur Richtung der Magnetfeldachse, was eine maximale Abscheidungseffektivität ergibt und folglich ein sehr reines Produkt. Dies wird innerhalb einer Gesamtbehälteranordnung erreicht, in der dessen Länge, obwohl dies nicht wesentlich ist, größer als sein Durchmesser sein kann. Demgemäß wird die Anordnung ohne weiteres mit einem supraleitenden Magneten eingesetzt. Weil der Abscheider mit einem supraleitenden Magneten des Typs, der keiner Polschuhe bedarf, verwendet werden kann, kann der Behälter 2 weiterhin ohne weiteres von dem Magneten wegbewegt werden, so daß er mit einem anderen identischen Behälter ersetzt werden kann, während der erste gereinigt wird und die darin abgeschiedenen magnetisierbaren Teilchen ausgewaschen werden. Dies bringt zwei Vorteile: zum einen ist der Magnet kontinuierlich angeregt, was einen Energieverlust vermeidet, weil er Magnet nicht kontinuierlich angeregt wird und abgeschaltet wird. Zweitens schafft ein supraleitender Magnet ein viel höheres Magnetfeld, welches von der Qualität her bessere Trennungen ergibt. Die Anordnung ist deshalb insbesondere verwendbar für die Art des Verfahrensprozesses, wie er in dem US-Patent Nr.4124503 beschrieben wird.The magnetic separator shown in Figures 2, 3 and 5 provides a large matrix surface area giving a correspondingly high efficiency. The maximum separation capacity of each element is utilized. The flow of slurry through the matrix elements 12 is parallel to the direction of the magnetic field axis giving maximum separation efficiency and consequently a very pure product. This is achieved within an overall vessel arrangement in which its length, although not essential, may be greater than its diameter. Accordingly, the arrangement is readily used with a superconducting magnet. Furthermore, because the separator can be used with a superconducting magnet of the type which does not require pole shoes, the vessel 2 can be readily moved away from the magnet so that it can be replaced with another identical vessel while the first is being cleaned and the magnetizable particles separated therein are being washed out. This has two advantages: firstly, the magnet is continuously excited, which avoids energy loss because the magnet is not continuously excited and switched off. Secondly, a superconducting magnet creates a much higher magnetic field, which in terms of quality results in better separations. The arrangement is therefore particularly suitable for the type of process described in US Patent No. 4,124,503.

Claims

1. Magnetic separator for separating magnetizable particles from a liquid, comprising a separation chamber (2) with an inlet (4) and an outlet (6), means (10) for establishing an axial magnetic field within the chamber, two or more matrix elements (12) arranged axially next to one another along the chamber, and flow separation means (16, 18, 20) for dividing a liquid flow carrying magnetizable particles and introduced to the inlet (4) into two or more parts and for guiding each part axially through a corresponding matrix element and from there to the outlet (6), the flow separation means comprising a feed pipe (16) and a return pipe (18), each of the pipes being provided with branch lines for respectively introducing liquid to each matrix element (12) from the feed pipe (16) and for guiding the liquid therefrom back to the Return line (18), characterized in that the matrix elements are ring-shaped and that one of the supply lines (16) and return lines (18) forms a channel which runs centrally through the matrix elements (12) and the other supply line (16) and return line (18) forms an annular tube which surrounds the matrix elements (12).

2. Magnetic separator according to claim 1,

wherein the flow separation means are arranged to separate the flow into equal parts.

3. Magnetic separator according to claim 1 or 2,

wherein the central channel is cylindrical and a flow separating element (22) is provided within the cylindrical channel coaxially thereto, wherein the separating element consists of a rod (26a, 26b, 26c) whose diameter is different along its length, wherein the internal cross section of the supply line or the return line (16, 18) is different along its length.

4. Magnetic separator according to one of the preceding claims,

wherein a flow separating element (24) within the annular tube is provided, fastened to the interior of its outer wall, wherein the separating element forms a tubular guide tube (30a, 30b, 30c) whose inner diameter varies along its length, wherein the inner cross-section of the supply line or the return line (16, 18) varies along their length.

5. Magnetic separator according to claim 3 or claim 4,

wherein the flow separation element (22, 24) comprises n-1 regions (26a, 26b, 26c, 30a, 30b, 30c) for a separation device with n matrix elements (12), wherein a region is connected to each matrix element except the matrix element adjacent the inlet, wherein the diameter of the regions increases along the chamber from the inlet: wherein the separation element (22, 24) extends smooth between each region (26a, 26b, 26c, 30a, 30b, 30c).

6. Magentscheider according to claim 5,

wherein for a pipe (16, 18) having a cross-sectional area x at the matrix element adjacent the inlet, the region (26a, 30a) of the flow separation element (22, 24) connected to the pipe adjacent the inlet has a cross-sectional area of 1/(n-1) x and that the area of each subsequent region is greater than 1/(n-1) x.

7. Magnetic separator according to claim 1 or claim 2,

wherein the matrix elements (12) have areas of different sizes to form supply and return lines (16, 18), the internal cross-section of which is different along their lengths.

8. Magnetic separator according to one of the preceding claims,

wherein an annular space is provided between each adjacent pair of matrix elements (12) opening into the supply and return lines (16, 18), each annular space being separated by a plate (20, 38) into a supply line and a return line.

9. Magnetic separator according to claim 8,

wherein the or each plate (20) is arranged at an acute angle to the matrix elements (12) and extends between their surfaces.

10. Magnetic separator according to one of the preceding claims,

wherein the separation chamber has first and second ends, the inlet being at one end, and wherein a plate is provided between the first end and the element adjacent the first end for directing liquid into the element from the supply conduit (16), and a plate is provided between the second end and the element adjacent the second end for directing liquid from the element into the return conduit (18).

11. Magnetic separator according to one of the preceding claims,

wherein a porous plate (34) is provided over the surfaces of each matrix element (12) through which the liquid flows.

12. Magnetic separator according to one of the preceding claims,

wherein two separation chambers are provided, the means for establishing an axial field therein comprising a magnet (10) in whose magnetic field the chambers are alternatively arranged in such a way that their axes are aligned parallel to the magnetic field.