EP0261183A1 - Verfahren und vorrichtung zur sortierung paramagnetischer partikeln im fein- und feinstkornbereich in einem magnetischen starkfeld - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur sortierung paramagnetischer partikeln im fein- und feinstkornbereich in einem magnetischen starkfeld

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Publication number
EP0261183A1
EP0261183A1 EP87902052A EP87902052A EP0261183A1 EP 0261183 A1 EP0261183 A1 EP 0261183A1 EP 87902052 A EP87902052 A EP 87902052A EP 87902052 A EP87902052 A EP 87902052A EP 0261183 A1 EP0261183 A1 EP 0261183A1
Authority
EP
European Patent Office
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induction element
channel
particles
separating
field
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87902052A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Michael Fricke
Klaus SCHÖNERT
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0261183A1 publication Critical patent/EP0261183A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B03C1/30—Combinations with other devices, not otherwise provided for
    • 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
    • B03C1/035—Open gradient magnetic separators, i.e. separators in which the gap is unobstructed, characterised by the configuration of the gap

Definitions

  • strong field magnetic separators are used, in which ferromagnetic induction elements are provided in a magnet arrangement in a homogeneous magnetic field generated between the magnets, which cause field distortion and thus magnetic attraction and repulsion forces .
  • the material (separating material) to be separated which is suspended in a liquid or gaseous carrier medium, usually water, possibly also air, is made of paramagnetic particles and non-magnetizable particles and is passed through the magnetic field distorted along the induction elements.
  • the paramagnetic particles are deflected by the magnetic attraction towards the induction bodies and attach to them, while the other, non-magnetizable particles follow the flow of the carrier medium and pass the magnetic field.
  • the particles attached to the induction elements are rinsed off and rinsed out at a later point in time, when the magnetic field is no longer effective, in order to obtain the magnetic concentrate.
  • Such magnetic separators are therefore also referred to as retention separators.
  • the induction elements can be profiled plates, spheres, cylindrical rods or wires.
  • the characteristic length of their topography for example the diameter of the wires or the height of the profiles, determines the degree of inhomogeneity of the magnetic field, which increases monotonically with decreasing dimensions.
  • the magnetic force increases with the degree of inhomogeneity is proportional to the susceptibility of the particles and the particle volume and increases with decreasing distance from the induction element.
  • the basic structure of the restraint cutter requires a discontinuous mode of operation. However, continuous operation is desirable in an industrial process. In order to achieve this, special measures must be taken.
  • two or more magnetic separators are used, the separation cycles of which follow one another.
  • the material to be separated is fed to the magnetic separator in the separation cycle.
  • the magnet is then switched off and the concentrate is rinsed out while another magnetic separator is sorting when the magnetic field is switched on.
  • Another possibility is to remove the package of the induction elements from the magnetic field and then to rinse out the magnetic concentrate.
  • a carousel arrangement is particularly suitable for this purpose, since unloaded induction elements are always introduced into the magnetic field and loaded ones are removed. The most widely used design of strong magnetic field magnetic separators therefore realizes the carousel arrangement.
  • Proposals are also known for building strong-field magnetic separators based on the principle of continuously operating cross-flow separators.
  • the paramagnetic particles are attracted to the induction elements by the force of attraction, that is to say transversely to the transport direction, distracted. However, they should not accumulate there but be transported by the flowing medium along the induction elements and be separated at the exit of the or each separation channel by cutting from the rest of the current loaded with the non-magnetizable particles.
  • Such a cross-current strong-field magnetic separator has the theoretical advantage over the cyclically operating magnetic separators or carousel separators that the magnetic field does not have to be switched on and off and the task and product flows do not have to be switched over, the arrangement of the induction elements remains stationary and the structurally complex carousel is eliminated, but the disadvantage is that when this proposal is implemented in a separator which can be used on an industrial scale, the difficulty arises that the transport of the particles, in particular the paramagnetic particles, along the induction elements is unsatisfactory or at all not happened.
  • Cross-current strong field magnetic separators of this type do not prove themselves in the fine grain range.
  • the object of the present invention is to create a method with which material which contains paramagnetic particles in the fine grain range below approximately 1 mm can be continuously sorted in cross-flow in a strong magnetic field.
  • the object of the invention is also to provide a method of the type mentioned, which allows a more effective separation and better selectivity.
  • Another task is to create a process which enables sufficient throughputs for large-scale use.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus for performing the continuous sorting method mentioned.
  • the separating material flow flows parallel to at least one induction element and is depleted in at least one of paramagnetic particles and one of paramagnetic particles at the end of a separating section divided enriched product stream.
  • the separating material flow is conducted parallel to each induction element in a magnetic field in which the magnetic repulsive force of each induction element is oriented to gravity, with a good stationary system, or to centrifugal force, with a rotating system, so that the resulting force ab ⁇ paramagnetic particles to be separated away from the induction element and the other particles moved towards the induction element, the current being conducted above each induction element in the gravitational field and on the inside of each induction element facing the axis of rotation in the centrifugal field.
  • the specified method of continuous sorting is carried out with a device in which an induction element in the form of a wire with a circular elliptical or romboid cross section is aligned at right angles to the field lines of the magnet arrangement outside each separation channel.
  • Each separation channel which is approximately as long as the induction element, is located above the induction element and has a width of approximately up to the single and a height of approximately one to two times the diameter of the induction element.
  • the new magnetic separation method and the new strong field magnetic separator make it possible to achieve perfect technical separations in the particle size range between a few micrometers and a few millimeters with a magnetic susceptibility of the paramagnetic particles between 10 -5 and 10-2.
  • both the magnetic repulsion force is used for the separation and the mass force (gravity or centrifugal force). This repulsive force is directed antiparallel to gravity or centrifugal force.
  • each induction element areas with field compaction, which bring about attractive forces, and field thinning, which cause repulsive forces, occur side by side.
  • the field only has a rod-shaped or wire-shaped cylindrical induction element circular, elliptical or rhomboid cross-section a four-beam symmetry, as shown in Fig. La.
  • the inherently homogeneous magnetic field of field strength H is aligned in such a way that the field lines run horizontally.
  • the rod-shaped or wire-shaped cylindrical induction elements are arranged horizontally but at right angles to the field lines. This arrangement results in repulsions in sectors I and III and in forces in sectors II and IV, which decrease with increasing distance from the axis.
  • a separation channel 2 provided above an induction element 1, the particles are arranged according to their susceptibility at different heights, while particles with a susceptibility of zero sediment on the bottom of the separation channel due to gravity.
  • paramagnetic particles 3 and non-magnetizable or non-magnetic particles 4 drift in opposite directions, as shown in FIG. 1b, so that for the first time both types of particles can be effortlessly separated from one another. If the separation channel 2 is sufficiently high, the paramagnetic particles do not touch the upper channel wall; their transport through the separation channel therefore remains unimpeded.
  • the material to be separated is dispersed in a fluid medium and, as a material to be separated 5, as shown in FIG. 1c, is fed in at the inlet end 7 of the separation channel 2 and sorted on a subsequent separation section 11.
  • a cutting edge 13 is provided which divides it into an upper outlet channel 14 and a lower outlet channel 15.
  • the separation channel 2 can also be supplied with two streams separated from one another, see FIG. Fig. Id.
  • a partition 8 is provided in it at the inlet end 7, which divides the inlet end into an upper inlet channel 9 and a lower inlet channel 10.
  • the separating material stream 5 is fed into the lower inlet duct 10.
  • the flow rate is to be set such that the dwell time in the separation section 11 of the separation channel is sufficient for the drift of all or at least most of the paramagnetic particles over the height of the cutting edge 13 provided on the outlet side.
  • the separation channel 2 and the induction element 1 are preferably from the inlet to the outlet at an angle of 0 ° to 50 °, preferably from 15 ° to 40 °, against the Hori ⁇ zonal inclined.
  • Particles between 10 and 100 ⁇ m are sorted in such a way that incorrect application of hematite in the lower product stream, i.e. in the non-magnetic, or of quartz in the upper product stream, i.e. in the magnetic concentrate, results in less than 2%.
  • the induction element was a pure iron wire of 3 mm in diameter and 100 mm in length, the flux density was set to 1.5 Tesla and the flow rate to 8 cm / s.
  • the induction elements can be arranged in such a way that either a rectangular pattern, as shown in FIG. 2a, or a rhomboid pattern corresponding to FIG. 2b is produced in cross section.
  • the superimposition of the magnetic fields results in surfaces 20 in which the magnetic force effect disappears.
  • the equilibrium height of the paramagnetic particles lies below these areas. If the upper wall of the separation channel is not below surface 20, then the parametric particles do not rise to the upper wall, so that their transport through the separation channel is not hindered by friction or adhesive forces.
  • the cutting edge 13 is to be positioned below the equilibrium height.
  • the induction elements arranged on the side of the separating channel have the effect that, above a certain height, the upward magnetic force rises again from a minimum value to a maximum at the level of the connecting line between the centers of the induction elements and then drops to zero.
  • This force curve between the heights of the mini-space and the maximum creates a particle-free layer, as a result of which the current enriched with paramagnetic particles can be separated more easily from that current which is depleted of paramagnetic particles.
  • the magnetic field can be generated either by permanent magnets, electromagnets or by superconducting coils.
  • the opposite drift directions of paramagnetic and non-magnetic particles require a mass force that counteracts the magnetic repulsive force. With straight, fixed separation channels, this is gravity.
  • the centrifugal force can also be used for this if the induction elements and the separation channels are provided in a rotating system concentrically or spirally to its axis of rotation or if fixed induction elements and separation channels have a curved shape, so that centrifugal forces arise when flowing through.
  • 5a and 5b show a magnetic separator with an arrangement of spiral induction elements and separation channels in a rotor rotating in longitudinal and cross-section between the poles of a permanent or electromagnet, and
  • FIG. 6 shows a magnetic separator with an arrangement of spiral induction elements and separation channels in a rotor rotating in a superconducting coil.
  • the magnet which can be a permanent magnet or, preferably, an electromagnet, is oriented so that the field lines run horizontally.
  • a body 23 with a separation system made of wire-shaped induction elements 1 and overlying separation channels 2.
  • the induction elements are at right angles to the field lines, but are opposite the horizontal line. len inclined at an angle of 15 to 40 °.
  • each separating channel 2 the separating material stream 5, generally separating material, is suspended in water at the inlet end 7 below a dividing wall 8 through the lower inlet channel 10, and a separating material-free fluid stream 6 is fed in above the dividing wall 8 through the upper inlet channel 9, generally pure water.
  • the cutting edge 13 At the outlet end 12 of each separation channel 2, but still in the magnetic field, there is the cutting edge 13, which separates the flow into an upper product flow 16 with the magnet concentrate and a lower product flow 17 with the magnetic table, which is drawn off through the outlet channels 14 and 15, respectively will.
  • a first channel system, not shown, at the inlet end 7 of the separation system distributes the material flow 5 and the fluid stream 6 to the separation channels 2, a second channel system, also not shown, at the outlet end 12, on the one hand, holds the upper product streams 16 and, on the other hand, the lower product streams 17 together.
  • a superconducting coil 25 has a rectangular, warm opening 26.
  • the coil is arranged in such a way that the field lines axially directed in the coil interior run horizontally and the longer edge of the rectangular, warm opening 26 is inclined at an angle between 15 ° and 40 ° with respect to the horizontal.
  • the separation system is located in the warm opening 26.
  • the induction elements 1 and separation channels 2 are aligned at right angles to the field lines and parallel to the longer edge.
  • each separating channel 2 is given a separating material flow 5 below through inlet channels 10 and a water flow is separated from one another at the top through inlet channels 9 and a dividing wall 8, and there are two product flows 16 and 17 at the outlet end 12 separated from each other by a cutting edge 13, withdrawn through outlet channels 14 and 15.
  • the distribution of the entire separating material flow and the entire water flow to the separating channels 2 is also carried out by a channel system, as are the upper and lower product flows from the outlet channels 14 and 15 of each separating channel.
  • 5 shows a repulsion strong-field magnetic separator for sorting in a centrifugal field with a permanent or electromagnetic arrangement.
  • the magnet is preferably mounted in such a way that the field lines run vertically.
  • a plurality of induction elements 1 and separation channels 2 leading from inside to outside in a spiral shape are formed in rotor 30.
  • the separation channels 2 are located on the inside of the induction elements 1 facing the axis of rotation.
  • the material flow 5 is fed via a single inlet channel 32 in the upper part of the shaft 31 and is distributed to the separation channels 2 of the rotor 30 by a channel system (not shown).
  • the upper product streams 16 and the lower product streams 17 of the separation channels 2 are brought together by a channel system, also not shown, and discharged via two outlet channels 14 and 15 in the lower part of the shaft 31 of the rotor 30.
  • the repulsion strong field magnetic separator for sorting in the centrifugal field according to FIG. 6 has a superconducting coil.
  • a rotor 30 rotates in its warm, circular opening 26.
  • the axis of rotation of the shaft 31 coincides with the coil axis.
  • the induction elements 1 and the separation channels 2 of the rotor 30 run concentrically to the axis of rotation in planes perpendicular to the axis of rotation.
  • the material flow 5 is fed via an inlet channel 32 in the upper part of the shaft 31 and distributed to the separation channels 2 by a channel system, not shown.
  • the respective upper product streams 16 and lower product streams 17 are brought together separately and discharged via the two outlet channels 14 and 15 in the lower part of the rotor shaft 31.

Landscapes

  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Sortierung paramagnetischer
Partikeln im Fein- und Feinstkornbereich in einem magnetischen Starkfeld
Zur Sortierung paramagnetischer Minerale werden im Feinkorn¬ bereich unterhalb ca. 1 mm Starkfeld-Magnetscheider eingesetzt, bei denen in einer Magnetanordnung in einem zwischen dessen Magneten erzeugten homogenen Magnetfeld ferromagnetische In¬ duktionselemente vorgesehen sind, die eine Feldverzerrung und damit magnetische Anziehungs- und Abstoßungskräfte bewirken. Das in einem flüssigen oder gasförmigen Trägermedium, meist Wasser, gegebenenfalls auch Luft, suspendierte zu trennende Gut (Trenngut) aus paramagnetischen Teilchen und nicht-magnetisier- baren Partikeln wird durch das längs der Induktionselemente ver¬ zerrte Magnetfeld geleitet. Dabei werden die paramagnetischen Partikeln durch die magnetische Anziehungskraft zu den Induk¬ tionskörpern hin abgelenkt und lagern sich an diesen an, während die anderen, nicht-magnetisierbaren Partikeln dem Strom des Trägermediums folgen und das Magnetfeld passieren. Die an den Induktionselementen angelagerten Partikeln werden zu einem späteren Zeitpunkt, zu dem das Magnetfeld nicht mehr wirksam ist, ab- und ausgespült, um das Magnetkonzentrat zu gewinnen. Derartige Magnetscheider bezeichnet man deshalb auch als Rückhaltescheider. Die Induktionselemente können profilierte Platten, Kugeln, zylindrische Stäbe oder Drähte sein. Die charakteristische Länge ihrer Topographie, z.B. der Durchmesser der Drähte oder die Höhe der Profile, bestimmt den Grad der Inhomogenität des Magnetfeldes, die mit abnehmenden Abmessungen monoton zunimmt. Die magnetische Kraft wächst mit dem Grade der Inhomogenität, verhält sich proportional zur Suszeptibilität der Partikeln und dem Partikelvolumen und steigt mit abnehmendem Abstand vom Induktionsselement an.
Der prinzipielle Aufbau des Rückhaltescheiders bedingt eine diskontinuierliche Betriebsweise. In einem großtechnischen Prozeß ist jedoch eine kontinuierliche Betriebsweise erwünscht. Um diese zu verwirklichen, sind besondere Maßnahmen zu ergrei¬ fen.
Im einfachsten Fall werden zwei oder mehrere Magetscheider eingesetzt, deren Abscheidetakte aufeinanderfolgen. Hierbei wird das Trenngut jeweils dem im Abscheidetakt befindlichen Magnetscheider zugeführt. Anschließend wird der Magnet ausge¬ schaltet und das Konzentrat ausgespült während ein anderer Magnetscheider bei eingeschaltetem Magnetfeld sortiert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Paket der Induktions¬ elemente aus dem Magnetfeld herauszunehmen und dann das Magnet¬ konzentrat auszuspülen. Dazu eignet sich eine Karussellanord¬ nung in besonderem Maße, da immerfort unbeladene Induktions¬ elemente in das Magnetfeld eingebracht und beladene herausge¬ nommen werden. Die am meisten verwendete Ausbildung technischer Starkfeld-Magnetscheider verwirklicht deshalb die Karussell¬ anordnung.
Es sind auch Vorschläge bekannt, Starkfeld-Magnetscheider nach dem Prinzip der kontinuierlich arbeitenden Querstrom-Trennappa¬ rate zu bauen. Die paramagnetischen Partikeln werden wie bei den zuvor angegebenen Rückhaltescheidern durch die Anziehungs¬ kraft zu den Induktionselementen, also quer zur Transportrich- tung hin abgelenkt. Sie sollen sich jedoch dort nicht anlagern sondern durch das strömende Medium entlang der Induktionsele¬ mente transportiert und am Ausgang des oder jedes Trennkanals durch Trennschneiden vom übrigen, mit den nicht-magnetisier- baren Partikeln beladenen Strom abgetrennt werden. Ein solcher Querstrom-Starkfeld-Magnetscheider hat gegenüber den taktweise arbeitenden Magnetscheidern bzw. den Karussellscheidern zwar den theoretischen Vorteil, daß das Magnetfeld nicht aus- und eingeschaltet und die Aufgabe- und Produktströme nicht umge¬ schaltet werden müssen, die Anordnung der Induktionselemente ortsfest bleibt und das konstruktiv aufwendige Karussell ent¬ fällt, jedoch den Nachteil, daß bei der Umsetzung dieses Vor¬ schlags in einen großtechnisch verwendbaren Trennapparat die Schwierigkeit auftritt, daß der Transport der Partikeln, insbe¬ sondere der paramagnetischen Partikeln, entlang der Induktions¬ elemente unbefriedigend oder überhaupt nicht erfolgt. Quer- strom-Starkfeld-Magnetscheider dieser Bauform bewähren sich im Feinkornbereich überhaupt nicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Gut, das paramagnetische Partikeln im Fein¬ kornbereich unterhalb ca. 1 mm enthält, kontinuierlich im Querstrom in einem starken Magnetfeld sortiert werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, welches eine wirksamere Trennung und eine bessere Trennschärfe erlaubt. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens, welches ausreichende Durchsätze für großtechnischen Einsatz ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zum Durchführen des genannten Ver¬ fahrens kontinuierlichen Sortierens.
Der Trenngutstrom fließt gemäß einem Aspekt der Erfindung parallel zu wenigstens einem Induktionselement und wird am Ende einer Trennstrecke in wenigstens einen an paramagnetischen Partikeln verarmten und einen an paramagnetischen Partikeln angereicherten Produktstrom aufgeteilt. Im einzelnen wird der Trenngutstrom parallel zu jedem Induktionselement in einem Magnetfeld geführt, in welchem die magnetische Abstoßungskraft jedes Induktionselements zu der Schwerkraft, bei gutem ruhenden System, oder zu der Zentrifugalkraft, bei einem rotierenden System, so orientiert ist, daß die resultierende Kraft die ab¬ zutrennenden paramagnetischen Partikel von dem Induktionsele¬ ment weg und die anderen Partikeln zu dem Induktionselement hin bewegt, wobei der Strom oberhalb jedes Induktionselements im Schwerkraftfeld und auf der der Drehachse zugewandten Innen¬ seite jedes Induktionselements im Zentrifugalfeld geführt wird.
Gemäß einem weiteren Apsekt der Erfindung wird das angegebene Verfahren des kontinuierlichen Sortierens mit einer Vorrichtung durchgeführt, in der außerhalb jedes Trennkanals jeweils ein Induktionselement in Form eines Drahtes mit kreisförmigem elliptischem oder romboidem Querschnitt rechtwinkelig zu den Feldlinien der Magnetanordnung ausgerichtet ist. Jeder Trenn¬ kanal, der etwa so lang ist wie das Induktionselement, befindet sich oberhalb des Induktionselements und hat eine Breite von etwa bis zu dem einfachen und einee Höhe von etwa dem ein- bis zweifachen Durchmesser des Induktionselements.
Das neue Magnetscheideverfahren und der neue Starkfeld-Magnet¬ scheider ermöglichen es, bei einer magnetischen Suszeptibilität der paramagnetischen Teilchen zwischen 10 -5 und 10-2 einwand¬ freie technische Trennungen im Partikelgrößenbereich zwischen einigen Mikrometer und einigen Millimeter zu erzielen. Erfin¬ dungsgemäß werden sowohl die magnetische Abstoßungskraft zur Trennung benutzt als auch die Massenkraft (Schwerkraft bzw. Zentrifugalkraft) . Diese Abstoßungskraft ist antiparallel zur Schwerkraft bzw. zur Zentrifugalkraft gerichtet.
Um jedes Induktionselement entstehen nebeneinander Gebiete mit Feldverdichtung, die Anziehungskräfte bewirken, und Feldverdün¬ nung, die Abstoßungskräfte hervorrufen. So hat das Feld nur ein stab- oder drahtförmiges zylindrisches Induktionselement mit kreisförmigem, elliptischem oder rhomboidem Querschnitt eine vierstrahlige Symmetrie, wie dies in Fig. la dargestellt ist. Das an sich homogene Magnetfeld der Feldstärke H wird derart ausgerichtet, daß die Feldlinien horizontal verlaufen. Die stab- oder drahtförmigen zylindrischen Induktionselemente sind horizontal jedoch rechtwinkelig zu den Feldlinien angeordnet. In dieser Anordnung resultieren in den Sektoren I und III Abstoßungs- und in den Sektoren II und IV Anziehungskräfte, die sich mit zunehmendem Abstand von der Achse reduzieren. In der Vertikalen über dem Draht ist die Abstoßung antiparallel zur Schwerkraft gerichtet. Es ergibt sich ein Abstand, bei dem Abstoßungs- und Schwerkraft dem Betrag nach gleich groß sind. Bei gegebenem Feld und Drahtdurchmesser des Induktionselements bestimmt nur die Suszeptibilität der Partikeln jedoch nicht deren Größe diesen Gleichgewichtsabstand.
In einem über einem Induktionselement 1 vorgesehenen Trennkanal 2 ordnen sich die Partikeln entsprechend ihrer Suszeptibilität in verschiedenen Höhen an, während Partikeln mit der Suszepti¬ bilität Null aufgrund der Schwerkraft auf den Boden des Trenn¬ kanals sedimentieren. Auf diese Weise driften paramagnetische Partikeln 3 und nicht-magnetisierbare bzw. unmagnetische Partikeln 4 in entgegengesetzten Richtungen, wie dies in Fig. lb dargestellt ist, so daß beide Partikelsorten erstmals mühe¬ los voneinander getrennt werden können. Bei genügend hohem Trennkanal 2 berühren die paramagnetischen Partikeln die obere Kanalwand nicht; ihr Transport durch den Trennkanal bleibt deswegen unbehindert.
Das Trenngut wird in einem fluiden Medium dispergiert und als Trenngutstrom 5, wie in Fig. 1c dargestellt, am Einlaßende 7 des Trennkanals 2 eingespeist und auf einer sich anschließenden Trennstrecke 11 sortiert. Im Auslaßende 12 des Trennkanals 2 ist eine Trennschneide 13 vorgesehen, die ihn in einen oberen Auslaßkanal 14 und einen unteren Auslaßkanal 15 unterteilt. Aus dem oberen Auslaßkanal 14 tritt ein oberer Produktstrom 16 aus, der mit den paramagnetischen Partikeln angereichert ist, also das Magnetkonzentrat enthält. Den unteren Auslaßkanal 15 verläßt ein unterer Produktstrom 17, der an paramagnetischen Partikeln verarmt ist bzw. die anderen Partikeln, also das Unmagnetische, enthält.
Dem Trennkanal 2 können auch zwei Ströme übereinander getrennt zugeführt werden, sh. Fig. Id. Dazu ist in ihm am Einlaßende 7 eine Trennwand 8 vorgesehen, die das Einlaßende in einen oberen Einlaßkanal 9 und in einen unteren Einlaßkanal 10 unterteilt. In den unteren Einlaßkanal 10 wird der Trenngutstrom 5 einge¬ speist. Durch den oberen Einlaßkanal 9 wird ein Strom 6 eines vorzugsweise reinen fluiden Mediums, z.B. Wasser, aufgegeben. Die Durchflußgeschwindigkeit ist so einzustellen, daß die Ver¬ weilzeit in der Trennstrecke 11 des Trennkanals für die Drift aller oder zumindest der meisten paramagnetischen Partikeln über die Höhe der auslaßseitig vorgesehenen Trennschneide 13 ausreicht.
Um den Transport der unteren Schicht aus unmagnetischen Parti¬ keln zu erleichtern, sind der Trennkanal 2 und das Induktions¬ element 1 vorzugsweise vom Einlaß zum Auslaß um einen Winkel von 0° bis 50°, vorzugsweise von 15° bis 40°, gegen die Hori¬ zontale geneigt.
Mit diesem magnetischen Trennverfahren läßt sich erstmals eine kontinuierliche Strömungsortierung feinkörniger paramagne¬ tischer Materialien von nicht-magnetischen Teilchen mit guten
Trennschärfen im Feinkornbereich durchführen. Beispielsweise
..3 konnten Mischungen aus Hämatit (_C - 3*10 ) und Quarz mit
Partikeln zwischen 10 und 100 μm so sortiert werden, daß sich Fehlausbringen von Hämatit im unteren Produktstrom, also im Unmagnetischen, bzw. von Quarz im oberen Produktstrom, also im Magnetkonzentrat, von weniger als 2 % ergaben. Das Induktions¬ element war hierbei ein Reineisendraht von 3 mm Durchmesser und 100 mm Länge, die Flußdichte wurde auf 1,5 Tesla und die Strö¬ mungsgeschwindigkeit auf 8 cm/s eingestellt. Diese Ergebnisse lassen sich mit üblichen Karussell-Magnetscheidern nicht er¬ In einem technischen Starkfeld-Magnetscheider werden zur Erhö¬ hung des Durchsatzes und besseren Ausnutzung des Spaltvolumens zwischen den Magnetpolen mehrere Induktionselemente und zuge¬ hörige Trennkanäle gleichgerichtet eingebaut. Die Induktions¬ elemente können so angeordnet werden, daß im Querschnitt ent¬ weder ein rechteckiges Muster, wie in Fig. 2a dargestellt, oder ein rhomboides Muster entsprechend Fig. 2b entsteht. Im ersten Fall resultieren aus der Überlagerung der Magnetfelder Flächen 20, in denen die magnetische Kraftwirkung verschwindet. Die Gleichgewichtshöhe der paramagnetischen Partikeln liegt unter¬ halb dieser Flächen. Befindet sich die obere Wand des Trenn¬ kanals nicht unterhalb der Fläche 20, dann steigen die paramag¬ netischen Partikeln nicht bis zur oberen Wand auf, so daß ihr Transport durch den Trennkanal nicht durch Reibung oder Haft¬ kräfte behindert wird. Die Trennschneide 13 ist unterhalb der Gleichgewichtshöhe zu positionieren. Im zweiten Fall bewirken die seitlich des Trennkanals angeordneten Induktionselemente, daß oberhalb einer bestimmten Höhe die nach oben gerichtete Magnetkraft von einem Minimalwert wieder bis zu einem Maximum in der Höhe der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Induktionselemente ansteigt und danach bis auf Null abfällt. Durch diesen Kraftverlauf zwischen den Höhen des Miniraums und des Maximums entsteht eine partikelfreie Schicht, wodurch sich der mit paramagnetischen Partikeln angereicherte Strom leichter als sonst von jenem an paramagnetischen Partikeln verarmten Strom abtrennen läßt.
Das Magnetfeld kann entweder durch Permanent-, Elektromagnete oder durch supraleitende Spulen erzeugt werden. Die entgegenge¬ setzten Driftrichtungen von paramagnetischen und unmagnetischen Partikeln erfordern eine der magnetischen Abstoßkraft entgegen¬ wirkende Massenkraft. Bei geraden feststehenden Trennkanälen ist dies die Schwerkraft. Es kann dafür aber auch die Zentri¬ fugalkraft genutzt werden, wenn die Induktionselemente und die Trennkanäle in einem rotierenden System konzentrisch oder spiralförmig zu dessen Drehachse vorgesehen sind oder wenn feststehende Induktionselemente und Trennkanäle eine gekrümmte Form besitzen, so daß beim Durchströmen Zentrifugalkräfte entstehen.
Je nach Wahl des Magnetsystems und der Massenkraft sind ver¬ schiedene Ausführungsformen für erfindungsgemäße Repulsions- Starkfeld-Magnetscheider möglich. Vier vorteilhafte Ausfüh¬ rungsbeispiele sind im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung näher beschrieben, in der zeigt:
Fig. 3a und 3b einen Magnetscheider mit feststehenden, geraden, geneigten Induktionselementen und Trennkanälen zwischen den Polen eines Permanent- oder Elektromagneten im Längs- und im Querschnitt,
Fig. 4 einen Magnetscheider mit feststehenden, geneigt angeordneten geraden Induktionselementen und Trennkanälen in einer supraleitenden Spule,
Fig. 5a und 5b einen Magnetscheider mit Anordnung spiral¬ förmiger Induktionselemente und Trennkanäle in einem zwischen den Polen eines Permanent- oder Elektromagneten umlaufenden Rotor im Längs- und im Querschnitt, und
Fig. 6 einen Magnetscheider mit Anordnung spiralförmiger Induktionselemente und Trennkanäle in einem in einer supraleitenden Spule umlaufenden Rotor.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3, die einen Repulsions- Starkfeld-Magnetscheider für die Sortierung im Schwerkraftfeld zeigt, ist der Magnet, bei dem es sich um einen Permanentmagne¬ ten oder, vorzugsweise, einen Elektromagneten handeln kann, so ausgerichtet, daß die Feldlinien horizontal verlaufen. Zwischen Polschuhen 21 und 22 befindet sich ein Körper 23 mit einem Trennsystem aus drahtförmigen Induktionselementen 1 und darüber- liegenden Trennkanälen 2. Die Induktionselemente liegen recht¬ winklig zu den Feldlinien, sind jedoch gegenüber der Horizonta- len um einen Winkel von 15 bis 40° geneigt. In jedem Trennkanal 2 wird am Einlaßende 7 unterhalb einer Trennwand 8 durch den unteren Einlaßkanal 10 der Trenngutstrom 5, i.a. Trenngut in Wasser suspendiert, und oberhalb der Trennwand 8 ein trenn- gutfreier Fluidstrom 6 durch den oberen Einlaßkanal 9, i.a. reines Wasser, eingespeist. Am Auslaßende 12 jedes Trennkanals 2 aber noch im Magnetfeld befindet sich die Trennschneide 13, die den Strom in einen oberen Produktstrom 16 mit dem Magnet¬ konzentrat und einen unteren Produktstrom 17 mit dem Unmagne¬ tischen trennt, die durch die Auslaßkanäle 14 bzw. 15 abgezogen werden. Ein erstes, nicht dargestelltes Kanalsystem am Einla߬ ende 7 des Trennsystems verteilt den Trenngutstrom 5 und den Fluidstrom 6 auf die Trennkanäle 2, ein zweites, ebenfalls nicht dargestelltes Kanalsystem am Auslaßende 12 faßt einer¬ seits die oberen Produktstrδme 16 und andererseits die unteren Produktströme 17 zusammen.
In Fig. 4 ist ein Repulsions-Starkfeld-Magnetscheider für die Sortierung im Schwerkraftfeld in einer supraleitenden Spule 25 dargestellt. Eine supraleitende Spule 25 weist eine rechteckige, warme Öffnung 26 auf. Die Spule ist derart angeordnet, daß die im Spuleninnenraum axial gerichteten Feldlinien horizontal ver¬ laufen und die längere Kante der rechteckigen, warmen Öffnung 26 gegenüber der Horizontalen um einen Winkel zwischen 15° und 40° geneigt ist. Das Trennsystem befindet sich in der warmen Öffnung 26. Die Induktionselemente 1 und Trennkanäle 2 sind rechtwinklig zu den Feldlinien und parallel zu der längeren Kante ausgerichtet. Wie bei dem Magnetscheider nach Fig. 3 wird jedem Trennkanal 2 unten durch Einlaßkanäle 10 ein Trenngut¬ strom 5 und oben durch Einlaß anäle 9 ein Wasserstrom voneinan¬ der durch eine Trennwand 8 getrennt, aufgegeben und es werden am Auslaßende 12 zwei Produktströme 16 und 17 voneinander durch eine Trennschneide 13 getrennt, durch Auslaßkanäle 14 und 15 abgezogen. Die Verteilung des gesamten Trenngutstromes und des gesamten Wasserstromes auf die Trennkanäle 2 erfolgt ebenso durch ein Kanalsystem, wie auch die oberen und unteren Produkt¬ ströme aus den Auslaßkanälen 14 und 15 jedes Trennkanals durch ein solches zusammengeführt werden. Fig. 5 zeigt einen Repulsions-Starkfeld-Magnetscheider für die Sortierung im Zentrifugalfeld mit Permanent- oder Elektromag¬ netanordnung. Zwischen Polschuhen 21 und 22 eines Magneten mit einer Mittelbohrung 28 ist ein Rotor 30, dessen Welle 31 parallel zu den Feldlinien ausgerichtet ist, gelagert. Der Magnet wird vorzugsweise so montiert, daß die Feldlinien verti¬ kal verlaufen. Im Rotor 30 sind mehrere spiralförmig von innen nach außen führende Induktionselemente 1 und Trennkanäle 2 ausgebildet. Die Trennkanäle 2 befinden sich auf der der Dreh¬ achse zugewandten Innenseite der Induktionselemente 1. Der Trenngutstrom 5 wird über einen einzigen Einlaßkanal 32 im oberen Teil der Welle 31 zugeführt und auf die Trennkanäle 2 des Rotors 30 durch ein nicht dargestelltes Kanalsystem ver¬ teilt. Die oberen Produktströme 16 und die unteren Produkt- strδme 17 der Trennkanäle 2 werden durch ein ebenfalls nicht dargestelltes Kanalsystem zusammengeführt und über zwei Aus¬ laßkanäle 14 und 15 im unteren Teil der Welle 31 des Rotors 30 ausgetragen.
Der Repulsions-Starkfeld-Magnetscheider für die Sortierung im Zentrifugalfeld nach Fig. 6 hat eine supraleitende Spule. In deren warmer, kreisrunder Öffnung 26 läuft ein Rotor 30 um. Die Drehachse der Welle 31 fällt mit der Spulenachse zusammen. Die Induktionselemente 1 und die Trennkanäle 2 des Rotors 30 ver¬ laufen in zur Drehachse rechtwinkligen Ebenen konzentrisch zur Drehachse. Der Trenngutstrom 5 wird über einen Einlaßkanal 32 im oberen Teil der Welle 31 zugeführt und auf die Trennkanäle 2 durch ein nicht dargestelltes Kanalsystem verteilt. Die jeweils oberen Produktströme 16 und unteren Produktströme 17 werden ge¬ trennt zusammengeführt und über die zwei Auslaßkanäle 14 und 15 im unteren Teil der Rotorwelle 31 ausgetragen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur kontinuierlichen Sortierung von in einem fluiden Medium suspendiertem Trenngut aus paramagnetischen und nicht-magnetisierbaren Partikeln im Fein- und Feinstkornbereich unterhalb etwa 1 mm in einem magnetischen Starkfeld, in dem magnetische Anziehungs- und Abstoßungskräfte durch wenigstens ein in diesem vorgesehenes langgestrecktes, stab- oder draht- förmiges Induktionselement bewirkt werden, bei dem der Trenngutstrom parallel zu wenigstens einem Induk¬ tionselement strömt und am Ende einer Trennstrecke in wenigs¬ tens einen an paramagnetischen Partikeln verarmten und einen mit paramagnetischen Partikeln angereicherten Produktstrom aufgeteilt wird, bei dem der Trenngutstrom in einem Magnetfeld, in dem die magnetische Abstoßungskraft jedes Induktionselements und - bei einem ruhenden System - die Schwerkraft bzw. - bei einem rotierenden System - die Zentrifugalkraft derart zuein¬ ander orientiert sind, daß die resultierende Kraft die abzu¬ trennenden paramagnetischen Partikeln von dem Induktionselement weg bewegt und die anderen Partikeln zu diesem hin bewegt, im Schwerkraftfeld oberhalb bzw. im Zentrifugalfeld auf der der Drehachse zugewandten Innenseite jedes Induktionselements parallel zu diesem geführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem oberhalb des Trenngutstroms ein an diesen angrenzender trenn- gutfreier Fluidstrom parallel zu diesem geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem jeder Trenngutstrom in Richtung der Schwerkraft bzw. Zentri¬ fugalkraft unter einem Winkel von 0° bis 50°, insbes. 15° bis 40°, geneigt geführt wird.
4. Vorrichtung zur kontinuierlichen Sortierung im Schwer¬ kraftfeld von in einem fluiden Medium suspendiertem Trenngut aus paramagnetischen und nicht-magnetisierbaren Partikeln im Fein- und Feinstkornbereich unterhalb etwa 1 mm in einem magnetischen Starkfeld, mit einer Magnetanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnet¬ felds, wenigstens einem in diesem rechtwinklig zu den Feldlinien an¬ geordneten langgestreckten Induktionselement (1) mit parallel zu diesem angeordnetem Trennkanal ( 2) , dem am Einlaßende (7) ein fluider Trenngutstrom (5) zuführbar und dem nach einer Trennstrecke (11) am Auslaßende (12) getrennt durch eine Trenn¬ schneide (13) durch einen oberen Auslaßkanal (14) ein mit para¬ magnetischen Partikeln angereicherter Produktstrom und durch einen unteren Auslaßkanal (15) ein an paramagnetischen Partikel verarmter Produktstrom (17) entnehmbar ist, bei der außerhalb jedes Trennkanals (2) jeweils ein Induktionselement (1) in Form eines Drahts mit kreisförmigem, elliptischem oder rhomboidem Querschnitt rechtwinklig zu den Feldlinien der Magnetanordnung ausgerichtet ist, und sich jeder Trennkanal, der etwa so lang wie das Induktionsele¬ ment ist, unmittelbar oberhalb von diesem befindet und eine Breite von bis zu etwa dem einfachen und eine Höhe von etwa de ein- bis vierfachen Durchmesser des Induktionselements hat. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der jedes Induktionselement (1) und jeder Trennkanal (2) zur Hori¬ zontalen unter einem Winkel zwischen 0° und 50°, insbesondere 15° und 40°, vom Einlaß- zum Auslaßende geneigt ist.
6. Vorrichtung zur kontinuierlichen Sortierung in einem Zentrifugalfeld von in einem fluiden Medium suspendiertem Trenngut aus paramagnetischen und nicht-magnetisierbaren Partikeln im Fein- und Feinstkornbereich unterhalb etwa 1 mm in einem magnetischen Starkfeld, mit einer Magnetanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnet¬ felds, wenigstens einem in diesem rechtwinklig zu den Feldlinien ange¬ ordneten langgestreckten Induktionselement (1) mit parallel zu diesem angeordnetem Trennkanal (2) , dem am Einlaßende (7) ein fluider Trenngutstrom (5) zuführbar und dem nach einer Trenn¬ strecke (11) am Auslaßende (12) getrennt durch eine Trenn¬ schneide (13) durch einen oberen Auslaßkanal (14) ein mit paramagnetischen Partikeln angereicherter Produktstrom (16) und durch einen unteren Auslaßkanal (15) ein an paramagnetischen Partikeln verarmter Produktstrom (17) entnehmbar ist, bei der im Magnetfeld ein Rotor (30) vorgesehen ist, auf den wenigstens ein Induktionselement (1) in Form eines Drahts mit kreisförmi¬ gem, elliptischem oder rhomboidem Querschnitt aufgebracht ist und einen zur Drehachse koaxialen Teilkreis bildet, der recht¬ winklig zu den Feldlinien der Magnetanordnung steht, sich auf der der Drehachse zugewandten Innenseite jedes Induk¬ tionselements der etwa gleich lange Trennkanal (2) befindet, der eine Breite von bis zu etwa dem einfachen und eine Höhe von etwa dem ein- bis vierfachen Durchmesser des Induktionselements
(1) hat, und sich axiale Ein- und Auslaßkanäle (9, 10; 14, 15; 32) im Rotor
(30) etwa radial zum bzw. vom Ende des Trennkanals (2) fort¬ setzen. 7. Vorrichtung zur kontinuierlichen Sortierung in einem Zentrifugalfeld von in einem fluiden Medium suspendiertem Trenngut aus paramagnetischen und nicht-magnetisierbaren Partikeln im Fein- und Feinstkornbereich unterhalb etwa 1 mm in einem magnetischen Starkfeld, mit einer Magnetanordnung zur Erzeugung eines homogenen Magnet¬ felds, wenigstens einem in diesem rechtwinklig zu den Feldlinien ange¬ ordneten langestreckten Induktionselement (1) mit parallel zu diesem angeordnetem Trennkanal (2) , dem am Einlaßende (7) ein fluider Trenngutstrom (5) zuführbar und dem nach einer Trenn¬ strecke (11) am Auslaßende (12) getrennt durch eine Trennschnei¬ de (13) durch einen oberen Auslaßkanal (14) ein mit paramagne¬ tischen Partikeln angereicherter Produktstrom (16) und durch einen unteren Auslaßkanal (15) ein an paramagnetischen Parti¬ keln verarmter Produktstrom (17) entnehmbar ist, bei der im Magnetfeld ein Rotor (30) vorgesehen ist, auf den wenigstens ein Induktionselement (1) in Form eines Drahts mit kreisförmi¬ gem, elliptischem oder rhomboidem Querschnitt aufgebracht ist und eine Spirale um die Drehachse bildet, die rechtwinklig zu den Feldlinien der Magnetanordnung steht, sich auf der der Drehachse zugewandten Innenseite jedes Induk¬ tionselements der etwa gleich lange Trennkanal (2) befindet, der eine Breite von bis zu etwa dem einfachen und eine Höhe von etwa dem ein- bis vierfachen Durchmesser des Induktionselements (1) hat, und sich axiale Ein- und Auslaßkanäle (9, 10; 14, 15 32) im Rotor (30) etwa radial zum bzw. vom Ende des Trennkanals (2) fortset¬ zen und der Einlaßkanal (32) innen und jeder Auslaßkanal (14, 15) radial außen angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei der unterhalb oder auf der der Drehachse abgewandten Seite jedes Trennkanals (2) zwei oder drei drahtfδrmige Induktionselemente (1) mit kreisförmigem Querschnitt einander berührend und mit der Längsachse des Trennkanals (2) in einer Ebene liegend angeordnet sind. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, bei der jeder Trennkanal (2) am Einlaßende (7) im Verhältnis 1 : 1 bis 1 : 3 in einen unteren bzw. äußeren Einlaßkanal (10) und in einen oberen bzw. inneren Einlaßkanal (9) unterteilt ist, der Trenngutstrom (5) in den unteren bzw. äußeren Einlaßkanal (10) einleitbar ist, und in den oberen bzw. inneren Einlaßkanal (9) ein trenngutfreier Fluidstrom (6) einleitbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, bei der im Magnetfeld der Magnetanordnung mehrere Induktionselemente (1) mit zugeordneten Trennkanälen (2) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Anordnung der Induktionselemente (1) mit den zugehörigen Trennkanälen (2) im Querschnitt ein rechteckiges Muster bildet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Anordnung der Induktionselemente (1) mit den zugehörigen Trennkanälen (2) im Querschnitt ein rhomboides Muster bildet.
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