FI84320C - Foerfarande och anordning foer separering av samling partiklar, som har en inom vissa graenser varierande taethet och vissa magnetiska egenskaper. - Google Patents

Description

1 84320

Menetelmä ja laite tiheydeltään tietyissä rajoissa vaihtelemien ja tietyt magneettiset ominaisuudet omaavien hiukkasten muodostaman kertymän erottamiseksi 5 Tämä keksintö koskee hiukkasmaisen aineen erotusta sellaisten erojen perusteella, joita esiintyy magneettisessa vastaanottavuudessa ja/tai tiheyksissä.

Seuraavia termejä ja lauseita käytetään seuraavassa seuraavin merkityksin: 10 1. Erotettava hiukkanen - hiukkasmainen aine, mm.

kiinteät aineet ja sekoittumattomat nesteet.

2. Paramagneettiset - aineet, kiinteät tai nestemäiset, joilla on suhteellisen heikot positiiviset magneettiset ominaisuudet ja jotka joutuvat magneettikentässä 15 sellaisten voimien alaisiksi, jotka vaihtelevat kenttävoi-makkuuden ja kenttägradientin tulon mukaan.

3. Ferromagneettiset - aineet sekä kiinteät että nestemäiset, joilla on verraten vahvat positiiviset magneettiset ominaisuudet ja jotka joutuvat magneettikentässä 20 sellaisten voimien alaisiksi, jotka vaihtelevat vain kenttägradientin mukaan. Termi on tarkoitettu kattamaan po. tarkoituksia varten ferrimagneettiset aineet, koska näiden aineiden yleinen käyttäytyminen esillä olevassa keksinnössä on samanlainen kuin ferromagneettisten aineiden.

25 4. Diamagneettiset - aineet sekä kiinteät että nes temäiset, joilla on negatiivinen voima, joka on verrannollinen kentän ja kenttägradientin tuloon.

5. Magneettinesteväliaine - mikä tahansa juokseva aine, jolla on magneettiset ominaisuudet, oli se sitten 30 ferromagneettinen, paramagneettinen tai diamagneettinen. Tähän kuuluvat nesteissä tai kaasuissa olevien magneettisten hiukkasten suspensiot.

6. Pitkänomainen - jonka pituus on huomattavasti suurempi kuin sen leveys.

35 Perinteisesti on tunnettu suurta mielenkiintoa uu- 2 84320 sien magneettisten erotustapojen kehittämistä kohtaan, varsinkin malmien erotukseen soveltuvia tapoja kohtaan. Suurin osa tutkimuksista on kohdistunut magneettisen suur-gradienttierotuksen kehittämiseen (HGMS), jossa menetel-5 mässä kehitetään voimistettu, paikallinen magneettikenttä ferromagneettisen seulan tai teräsvillan välittömässä läheisyydessä. Tämä prosessi erottaa tehokkaasti heikommin magneettisia aineita kuin voitiin aikaisemmin käsitellä magneettisesti, mutta sen sovellus rajoittuu lähinnä puh-10 distukseen tai jälkien poistotarpeisiin. Hiukkaset jäävät kiinni seulaan ja ne on huuhdottava pois, mikä kaksivaiheinen prosessi ei sovellu hyvin isojen ainemäärien erotukseen, mikä olisi tarpeen malmien kanssa.

Muissa yrityksissä on mm. kehitetty edelleen uusia, 15 voimakkaita, suprajohtavia magneetteja käytettäviksi siten, että magneettinen vetovoima kohdistetaan suoraan hiukkasiin, jolloin käytetään joko tavanomaista magneetti-geometriaa tai uutta geometriaa. Nämä suoran vetovoiman menetelmät soveltuvat lähinnä tavanomaisen magneettisen 20 erotuksen laajentamiseen myös heikommin magneettisten hiukkasten erotusta varten.

Toinen yritys malmien magneettiseksi erottamiseksi tunnetaan nimellä magneettohydrostaattinen erotus (MHS). Eräiden tutkijoiden mukaan MHS voi olla käyttökelpoinen 25 romun erotuksessa, mutta sen taloudellinen soveltuvuus malmin erotukseen on kyseenalainen.

Esillä olevassa keksinnössä on kuitenkin keksitty uuden MHS-linkoerotin ja -menetelmä, jotka mahdollistavat erotuksen myös heikosti magneettisten aineiden magneetti-30 sen vastaanottavuuden pienten erojen perusteella tai pienten tiheyserojen tai molempien pienten erojen perusteella. Se mahdollistaa erotukset, jotka eivät nyt ole käytännössä toteuttavissa. Lisäksi erotukset voidaan saada aikaan hyvin hienoja hiukkasia varten, jopa n. 1 mikronin kokoisia 35 hiukkasia varten. Keksinnön mukaisen järjestelmän tehok- 3 84320 kuus on huomattava ja järjestelmä on mahdollista valmistaa menestyksellisesti kaupallista käyttöä varten. Järjestelmä voi toimia hyvin alhaisella magneettisen vastaanottavuuden alueella, jossa esiintyy hyvin paljon arvokkaita mineraa-5 leja ja johon ei voi soveltaa erotusta tavanomaisilla erotusmenetelmillä .

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1. Tässä menetelmässä muodostetaan magneettinesteväliaineen aksiaali-10 sesti virtaava pylväs magneettisessa kentässä, joka soveltuu tuottamaan oleellisesti vain säteissuunnassa esiintyviä, akselisymmetrisiä voimia, jotka kohdistuvat pylväässä oleviin, magneettisiin aineisiin. Pyörittämällä pylvästä voidaan käyttää valikoivasti keskipakovoimia sel-15 laisia erotuksia varten, joissa esiintyy tiheyseroja.

Hiukkasiin kohdistuvien, erisuuruisten magneettisten ia keskipakovoimien keskinäisen vuorovaikutuksen avulla voidaan suorittaa erilaisia erotuksia ennalta valittujen parametrien mukaisesti. Tietyt erotukset suoritetaan par-20 haiten käyttämällä nelinapamagneetteja ja paramagneettista nestettä, jota pyöritetään ja toisissa ei. Toinen erotus-luokka suoritetaan parhaiten nelinapamagneetilla ja fer-ronesteellä. Muita erotuksia on edullista suorittaa käyttäen kuusinapamagneettia yhdessä ferromagneettisen nesteen 25 kanssa keskipakojärjestelmässä. Näistä on verraten heikon kentän käyttö sopiva joidenkin kanssa ja voimakkaan kentän käyttö on paras toisten kanssa.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 15. 30 Lyhyesti kuvattuna laitteessa käytetään erikoissuunniteltua erotusjohtoa, jota ympäröi moninapainen magneetti, joka on muotoiltu aikaansaamaan oleellisesti vain säteis-suuntaisia, akselisymmetrisiä magneettivoimia johdon sisällä oleviin aineisiin. Erotettavat hiukkaset viedään 35 johdon läpi magneettinesteväliaineessa ja niihin kohdistuu magneettisia säteisvoimia riippuen nesteväliaineen ja itse 4 84320 hiukkasten suhteellisista, tehollisista magneettisista vastaanottavuuksista. Tässä käytetään välineitä, jotka pyörittävät väliainetta ja siinä olevia hiukkasia differentiaalisten keskipakovoimien kehittämiseksi eri hiukkas-5 ten välisten ja hiukkasten ja väliaineen välisten tiheys-erojen perusteella. Täten voidaan suorittaa erotuksia johtoa pyörittämättä vain magneettisten vastaanottavuuksien perusteella tai ne voidaan suorittaa pyörityksen yhteydessä sekä tiheys- että vastaanottavuuserojen perusteella. 10 Huomattavan suuria tehokkuusarvoja saavutetaan käyttämällä useita samankeskeisiä johtoja, jotka puolestaan saavat aikaan useita verraten kapeita, pitkänomaisia ja rengasmaisia erotuskanavia. Tämän muotoisilla erotuskanavilla saadaan aikaan pitkät oleskeluajät, kun hiukkaset kulkevat 15 niiden koko pituudella ja lyhyet ajautumismatkat, kun hiukkaset liikkuvat säteissuunnassa erotuksen aikana.

Erityisiä etuja voidaan saavuttaa käyttämällä mag-neettilajien ja magneettinesteiden tiettyjä yhdistelmiä. Monia tiheyserotuksia varten on erityisen hyödyllistä 20 käyttää lieriömäisiä nelinapamagneetteja, joissa on avoin poraus, yhdessä paramagneettisten nesteiden kanssa, koska tämä yhdistelmä keskipakojärjestelmässä kohdistaa nesteeseen voimia, jotka kasvavat suoraviivaisesti säteismatkan myötä. Täten voidaan tiheyseroihin perustuvia erotuksia 25 suorittaa puhtaasti sellaisia hiukkasia varten, joiden magneettiset vastaanottavuudet ovat tiettyjen alueiden sisällä. Magneettilajin ja magneettinesteen sama yhdistelmä on myös erityisen hyödyllinen ilman pyöritystä monia sellaisia erotuksia varten, jotka perustuvat vain erotet-30 tavien hiukkasten magneettisten ominaisuuksien eroihin. Mutta tiettyjä muita erotuksia varten, jotka perustuvat vain magneettisiin ominaisuuksiin, on nelinapamagneetin ja ferronesteväliaineen yhdistelmä edullisempi. Tiettyjä sovellutuksia varten voidaan saavuttaa ainutlaatuisia etuja 35 käyttämällä lieriömäisiä kuusinapamagneetteja, joissa on avoin poraus, lingossa, jossa käytetään ferromagneettista I! 5 84320 nestettä. Joissakin tapauksissa verraten pienen kenttävoi-makkuuden käyttö on suotavin, mutta muissa on verraten suuri kenttävoimakkuus paras. Magneettilajien ja magneet-tinesteiden kaikilla näillä yhdistelmillä on tietysti mah-5 dollista säätää kenttävoimakkuutta ja magneettinesteen ominaisuuksia sekä tarvittaessa pyörimisnopeuksia parhaiden erotusolosuhteiden saavuttamiseksi. Lisäksi uskotaan, että uutta erotinmalliamme voidaan käyttää järjestelmässä, jossa magneettineste voidaan syöttää riittävän suurilla 10 nopeuksilla kaupallisesti merkittävien tuotantovolyymien saamiseksi.

Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaista kuvantoa osittain 15 poikkileikkauksena keksinnön mukaisesta kokeilujärjestel- mästä; kuvio 2 esittää suurennettua kuvantoa kuvion 1 näyttämän erottimen osasta; kuvio 3 esittää poikittaista poikkileikkauskuvantoa 20 erottimesta pitkin kuvion 2 viivaa 3-3; kuvio 4 esittää erottimen johdon vaihtoehtoista toteutusmuotoa, jossa käytetään useita erotuskanavia; kuvio 5 esittää kaaviomaista kuvantoa tavasta, jolla voitaisiin kelata moninapainen sähkömagneetti käytettä-25 väksi erottimessamme; kuvio 6 esittää kaaviomaista kuvantoa magneettivoi-mista, jotka kohdistuvat aineisiin magneettikentissä, jotka keksinnössämme käytetyt magneetit saavat aikaan.

Kuvio 1 näyttää keksinnön kokeellisen toteutusmuo-30 don, jossa erikoinen erotinjohto 10 sijaitsee keskeisesti lieriömäisen moninapamagneetin 12 sisällä. Vastaanottosup-pilon 22 kautta syötetään malmia tai muuta ainetta, joka sisältää erotettavat hiukkaset 64 ja 66, sekä magneetti-nesteväliainetta 62. Syöttöputki 28 syöttää suppilon 22 35 sisällön johtoon 10. Syöttösuppilo 24 sijaitsee siten, että erotettavat aineet voidaan syöttää suppiloon 22 kui- 6 84320 vassa tai märässä muodossa.

Magneetti 12 ympäröi johtoa 10 ja kehittää oleellisesti vain säteissuunnassa akselisymmetrisiä, magneettisia voimia, jotka kohdistuvat johdossa 10 oleviin aineisiin.

5 "Erotusjohdolla" tarkoitetaan johtoa, jossa kehittyy tä-mänluontoinen magneettikenttä ja jossa hiukkasten erotus tapahtuu. Magneetti 12 voi olla kestomagneetti tai sähkö-magneetti, jolla on joko tavanomaisia tai suprajohtavia käämejä. Jos käytetään suprajohtavaa magneettia, olisi 10 tietenkin suljettava magneetti 12 sopivaan, lämpimään De-warin tyhjöpulloon (ei esitetty kuviossa 1), jossa on poraus. Kun kysymyksessä on sähkömagneetti, voidaan käämit järjestää kuvion 5 mukaisesti. Tässä näytetään nelinapa-magneetti 12', jonka käämit 13 ulottuvat pitkänomaisina 15 silmukoina lieriömäisessä rungossa 15, jossa on avoin kes-kiporaus 25. Alan asiantuntijat ymmärtävät, että tämän järjestelyn kehittämä magneettikenttä sekä magneetin sisä-että ulkopuolella, tuottaa oleellisesti vain säteissuunnassa sisällä oleviin aineisiin kohdistuvia, akselisym-20 metrisiä voimia. Nämä voimat näytetään kaaviomaisesti kuviossa 6, jossa kirjaimet N ja S osoittavat vastaavasti pohjois- ja etelänapaa. Nuolet näyttävät niiden voimien suunnan, jotka kohdistuvat hiukkasiin, joilla on positiivinen magneettinen vastaanottavuus. Alan asiantuntijat 25 ymmärtävät myös, että verraten pitkissä magneeteissa nämä voimat suuntautuvat oleellisesti vain säteissuunnassa pitkin suurinta osaa magneetin pituudesta, paitsi alueilla lähellä magneetin päitä. On myös selvää, että nämä voimat ovat akselisymmetrisiä, kun magneetin muoto on lieriömäi-30 nen. Vaikka sitä ei näytetä, voidaan voimia, joiden luonne on sama suunnan ja symmetrian suhteen, kehittää kuusi-napamagneetilla, jonka geometria on sama ja jossa pohjois-ja etelänavat on sijoitettu vuorotellen sen keskiakselin ympärille.

35 Kuviosta 1 nähdään, että väliseinä 16 on lähellä johdon 10 alapäätä, joka johto 10 näytetään oleellisen 7 84320 pystysuorana asennossa. Väliseinän 16 tarkoitus, kuten näytetään lähemmin kuviossa 2, on jakaa fyysisesti johdon 10 hyödyllinen poikkileikkausala sisemmän ja ulomman ja-keen johdoiksi 13 ja 11. Tätä varten väliseinässä 16 on 5 veitsenterä 17 tai muu jakava reuna sen yläpään kohdalla, jossa tämä fyysinen erotus alkaa.

Kuvio 1 näyttää myös virtauksen pitkänomaisen kes-kiohjaimen 14, joka on kiinnitetty paikalleen johdon 10 sisälle kolmella siivellä 58, jotka näytetään selvemmin 10 kuviossa 3. Virtausohjaimen 14 tarkoitus on ohjata väliaine 62 ja hiukkaset 64 ja 66 pois johdon 10 keskiosasta, kun nämä hiukkaset liikkuvat alaspäin erottimen läpi. Tämä on suotavaa, koska ne magneettiset ja keskipakovoimat, jotka kehittyvät johdon 10 keskiakselilla tai sen ympäril-15 lä, ovat joko olemattomia tai niin pieniä, että niillä on suhteellisen vähäinen käyttö. Ohjaamalla hiukkasvirtaus johdon 10 uloimpiin alueisiin käytetään suurempia voimia, jotka ovat täällä käytettävissä, magneetin 12 toimivan volyymin hyödyntämiseksi tehokkaammin.

20 Kuviosta 2 voi nähdä, että ulomman osan johto 11 johtaa ulomman osan kokoomaputkeen 18, kun taas sisäosan johto 13 johtaa sisäosan kokoomaputkeen 19. Näiden putkien syöttö tapahtuu erotetun tuotteen kokoomasäiliöihin 38 ja 40, jotka näytetään kaaviomaisesti kuviossa 1. Tässä ne 25 erotetaan magneettinesteväliaineesta 62 jollakin tunnetulla välineellä, kuten sopivalla suodatusjärjestelmällä. Suodatusjärjestelmällä on suotava tehokkuus, niin että se riittävästi puhdistaa ja kunnostaa väliaineen 62, niin että se voidaan kierrättää uudelleen johtojen 54 ja 56 30 kautta, kuten näytetään. Johdoissa 54 ja 56 on vastaavat peristalttiset pumput 50 ja 52, niin että virtaukset ovat säädettävissä ulko-osan johdossa 11 ja sisäosan johdossa 13 parhaan tehokkuuden saamiseksi ko. tehtävän erotuksen mukaisesti. Järjestelmää voi tietenkin käyttää avoimella 35 virtauksella ilman magneettinesteen 62 talteenottoa ja uudelleenkierrätystä.

8 84320

Parhaana pidetyssä toteutusmuodossa suoritetaan väliaineen 62 ja hiukkasten 64 ja 66 pyöritys pyörittämällä johtoa 10 ja magneettia 12. Siivet 58 on sovitettu riittävän tiukalle johdon 10 sisään, niin että virtausoh-5 jäin 14 pyörii mukana. Väliseinä 16 on liitetty jäykästi ohjaimeen 14 ja laakeroitu sen ja sisäosan kokoomaputken 19 välisen liitännän kohdalla. Samoin johto 10 loppuu laajennetussa osassa 9, joka on laakeroitu sen ja ulko-osan kokoomaputken 18 välisen liitännän kohdalla. Pyörimisliike 10 annetaan yhteelle vetohihnapyörän 32 avulla magneetin 12 pohjan kohdalla. Vetohihnapyörä 32 on kytketty sopivaan nopeussäätöiseen moottoriin vetohihnalla, mutta näitä myöhempiä rakenteita ei näytetä. Vastaanottosuppilo 22 voi olla laakeroitu ylempään kääntötappiin 20, niin että sen 15 pyöriminen magneetin 12 ja johdon 10 kanssa voidaan haluttaessa estää.

Koska erotusjohto 10 ja sen sisällä kehitetty magneettikenttä ovat pitkänomaiset, saavat hiukkaset huomattavan oleskeluajan magneettikentässä, niin että saavute-20 taan puhtaat erotukset myös suurilla virtausnopeuksilla. Tämän muodon eräs toinen etu on se, että se sivuttaisajau-tuma, jonka hiukkaset läpikäyvät kulkiessaan magneettikentän läpi, on verraten lyhyt. Seuraavassa on matemaattinen kuvaus erotusprosessista keskipakotoimintatavan yhtey-25 dessä ja sen suhteesta johdon rakenteeseen.

Kuten kuvio 1 näyttää, on erotusjohdon keskiakseli pystysuorasti suunnattu. Myöskin lieriömäisen moninapamag-neetin 12 keskiakseli on pystysuorasti suunnattu ja se osuu yhteen erotusjohdon 10 akselin kanssa. Tämän suun-30 tauksen ansiosta hiukkaset voivat päästä putoamaan omalla painollaan erotusjohdon kautta.

Kun järjestelmää käytetään ilman, että johto pyörii, voidaan suorittaa hiukkasten jakoerotus kahteen osaan niiden magneettisten vastaanottavuuksien välisen eron pe-35 rusteella. Tässä toimintatavassa on valittava magneetti-nesteväliaine 62, jonka magneettinen vastaanottavuus on I! 9 84320 erotettavien hiukkasten kahden ryhmän magneettisten vastaanottavuuksien välillä. Näin ollen hiukkaset, joiden vastaanottavuus on suurempi, tulevat vedetyiksi säteittäi-sesti ulospäin, kun ne kulkevat erotusjohdon 10 kautta, 5 jolloin niistä tulee ulko-osan hiukkasia 64, jotka kootaan väliseinän 16 ja johdon 10 välille. Hiukkaset, joiden magneettinen vastaanottavuus on pienempi kuin väliaineen 62, kelluvat sisäänpäin ja ne kootaan väliseinän 16 sisälle. On huomattava, että jos väliaine on ferromagneettinen sus-10 pensio, sen tehollinen magneettinen vastaanottavuus on yhtä kuin sen magnetointi tilavuusyksikköä kohden jaettuna magneettikentän voimakkuudella. Tämä koskee tietenkin mitä ferromagneettista ainetta tahansa.

Lisäerotuksia voidaan tehdä toisessa perustoiminta-15 tavassa, jossa johtoa 10 pyöritetään. Tässä magneettines-teväliaineen 62 vastaanottavuus valitaan siten, että se ylittää ainakin joidenkin tai kaikkien erotettavien hiukkasten vastaanottavuuden. Tällöin jos erotettavien hiukkasten vastaanottavuudet ovat melko lähellä toisiaan, voi-20 daan erotukset suorittaa tiheyserojen perusteella. Koska osa hiukkasista tai kaikki kelluvat sisäänpäin, on mahdollista säätää johdon kulmanopeus, niin että keskipakovoima ajaa ainakin osan painavammista hiukkasista ulospäin. Ts. näihin hiukkasiin kohdistuva keskipakovoima ylittää sen 25 mahdollisen magneettisen nostovoiman, joka kohdistuu niihin sisäänpäin. Käyttämällä verraten heikkoa magneettikenttää, esim. n. 5 000 oersted-yksikköä (kun voimakas kenttä on n. 50 000 yksikköä) ja voimakkaasti magneettista nestettä, on heikosti magneettisten hiukkasten vastaanot-30 tavuuksilla vain vähäinen vaikutus erotukseen ja lähinnä tiheyseroihin perustuvat erotukset voidaan suorittaa myös hiukkasille, joilla on huomattavan erilaiset magneettiset vastaanottavuudet. Tällaisissa tapauksissa on esim. erityisen hyödyllistä käyttää kuusinapamagneettia yhdessä 35 ferromagneettisen nesteen kanssa, kuten käy selvemmin ilmi seuraavista esimerkeistä.

10 84320

On huomattava, että erotus useiksi jakeiksi on mahdollinen pyörivässä toimintatavassa. Tämän aikaansaamiseksi olisi säädettävä magneettikentän muotoa tasapainotilojen aikaansaamiseksi hiukkasille, joiden tiheydet vaihte-5 levät.

Kummassakin edellä kuvatussa toimintatavassa voidaan järjestelmän suoritusta lisätä panemalla väliaine 62 ja siinä olevat hiukkaset kulkemaan alaspäin johdon 10 kautta. Väliaineen suoraviivaisen nopeuden ainoa rajoitus 10 liittyy viipymisaikaan. Erotettavilla hiukkasilla on olta va tarpeeksi aikaa magneettikentässä, jotta ne voivat tulla ajetuiksi niiden haluttuihin säteisasemiin. Siksi johto 10 on mieluiten pitkänomainen johto, niin että saadaan aikaan riittävät viipymisajat yhdessä kohtalaisen korkei-15 den suoritustasojen kanssa.

Keskipakotavan mukaisen erotusprosessin matemaattinen kuvaus

Magneetin muodon, kentän voimakkuuden, kulmanopeuden ja johdon rakenteen valinta perustuu niiden voimien 20 laskelmille, joille hiukkaset tulevat olemaan alttiina.

Nämä voimat tietenkin vaihtelevat itse hiukkasten magneettisten vastaanottavuuksien ja tiheyksien mukaan. Lisäksi ne riippuvat nesteväliaineen magneettisista ominaisuuksista ja tiheydestä.

25 Ajateltakoon paramagneettista kenttää yhdessä neli- napamagneetin kanssa. Hiukkasen nro 1 magneettinen vastaanottavuus tilavuusyksikköä kohden on κlf sen tiheys p2 ja liikevastus nesteessä Da ja hiukkasen nro 2 magneettinen vastaanottavuus on <2, tiheys P2 ja vastus D2. Nesteen 30 tiheys on pf ja magneettinen vastaanottavuus <f. Pisin aika, jonka hiukkanen nro 1 tarvitsee kulkeakseen sisäsä-teeltä rx väliseinän (jakajan) säteelle Rs, on D1 rs (1)

35 t = — In —— rQ

-ίο F ^ ri

II

11 84320 jossa F1 ~ Γο ^ΔΗ + ) ω1] (2) 5 r0 on johdon ulkosade, δη on magneettikentän gradientti ja ω on lietteen pyörimisen kulmanopeus muodossa radiaa-neja/s.

Samoin -D_ r 10 τ, * -τΓ ln — ro (3) 2 F-, r o / o hiukkasen nro 2 liikkeelle ulkosäteellä rD väliseinän säteelle, jossa 15 F 2 = rQ [ΔΗ1 + (P2“Of) ω1] (4)

Parasta johtomallia varten = ΐ ja 20 y (K- ^r) -ΔΗ —^-— + —=-— 2 _ _^1_°2 ω (p1-pf) + (p2-pf) (5) -D^— -DJ— 25

Kun = D2 ja vähintään τ, τ ^ ~ τ2 antaa ϊ< rg = (rQ r^) (ehto johtorakenteelle) (g) 30 ja -ΔΗ1(<. + k_-2< ) ω = -i_Δ r (ehto toimin- 25 ^1 + i32_2of^ nalle) i2 8 4 320

Pieniä pallomaisia hiukkasia varten D = 18neff, d2 jossa d on hiukkasen halkaisija Ί eff on tehollinen viskositeetti riippuen kiintoainepitoisuudesta. Yhdistetty pysty-5 suora virtaus ja ajautumisnopeus olisi säädettävä, niin että saadaan hiukkasen koko viipymisaika, rmln, pienim-mälle hiukkaselle ja suurin Δ; tai Δ <2 hyväksyttäväksi. Ts.

in (v + v ) - _ L· / q i virtaus ajautuminen τ ° min jossa L on magneettikentän pituus ja vaJautunilnen on hiukkasten pystysuora nopeus suhteessa nesteeseen painovoimasta joh-15 tuen.

q(p-p , ) ^ f neste , v v . =----^-- ' ? )

ajautuminen D

Suoritus saadaan yhtälöstä 20 T = A (v . . + v . . . ) (10) virtaus ajautuminen jossa A on johdon virtausläpileikkausala. Suoritus tai tuotanto voidaan laskea vaihtamalla (5):n tilalle (2), 25 (2):n tilalle (1), (l):n tilalle (8) ja (8):n tilalle (10). Samanlaiset laskelmat kuin edellä voidaan suorittaa ferromagneettiselle nesteelle ja kuusinapamagneetille tai nesteiden ja moninapojen muille yhdistelmille.

Edellä kerrotusta käy ilmi, että hiukkaset pysty-30 suorasti suunnatussa erotusjohdossa, jossa esiintyy oleellisesti vain säteissuunnassa akselisymmetrisiä magneettisia ja keskipakovoimia, tulevat erotetuiksi rengasmaisiksi osiksi. Jos moninapamagneetti 12 on lieriömäinen, niin hiukkasiin kohdistuvat voimat riippuvat vain säteisasemas-35 ta. Saattaa kuitenkin olla sovellutuksia, joissa "tärytys"

II

i3 84320 tai superponoidun, vaihtelevan voiman käyttö olisi edullinen. Tämä voidaan aikaansaada monella eri tavalla. Esim. voitaisiin tahallisesti suunnata erotusjohto 10 ja magneetti 12 vinosti suhteessa pystytasoon.

5 Vaihtoehtoisesti voitaisiin erottaa johdon keskiak- seli magneetin 12 keskiakselista. Toinen vaihtoehto olisi ei-pyöreän muodon antaminen magneettivoimille käyttämällä ferromagneettisia tai muita sopivia aineita magneettikentän muodon muuttamiseksi jossain määrin. Tai johdon 10 si-10 sältöä voitaisiin yksinkertaisesti tärisyttää. Näin tehtäessä pyöritystavalla erotettaviin hiukkasiin kohdistuu tärytys superponoitujen, syklisesti vaihtelevien voimien takia. Tämän uskotaan olevan eduksi hiukkasten ajamiseksi lietteiden läpi, varsinkin kun kiintoainekuormitus on suu-15 ri, koska hiukkaset tulisivat tärytetyiksi, mikä edistää erotusprosessia.

Kuvio 4 näyttää erotusjohdon parhaana pidetyn toteutusvaihtoehdon. Näytetyn rakenteen tarkoituksena on oleellisesti jakaa erotusjohdon 10 sisäinen hyötytila 20 useiksi erotuskanaviksi 21' ja 21". Syy tähän on sen sä-teismatkan lyhentäminen, jonka hiukkasten on liikuttava erotuksen aikana. Näin saadut erotuskanavat 21' ja 21" ovat varsin pitkänomaiset ja kapeat. Näin aikaansaatu, suhteellisen pitkä oleskeluaika yhdessä erotuksen edellyt-25 tämien lyhyiden ajautumismatkojen kanssa tekee erottimen tehokkaammaksi, jolloin hyödynnetään paremmin magneetin 12 antamaa magneettivoimaa. Kuten on näytetty, syöttävät molemmat ulko-osan johdot 11' ja 11" ulko-osan kokoomaput-keen 18. Samoin molemmat sisäosan johdot 13' ja 13" syöt-30 tävät sisäosan kokoomaputkeen 19.

Kuvio 4 on vain tarkoitettu valaisevaksi. On selvää, että kanavien, kuten 21' ja 22', lukumäärä voisi olla paljon suurempi kuin kaksi. Käyttäen kuvatun kaltaista matemaattista analyysiä voidaan laskea erotuskanavien pa-35 ras lukumäärä ja koko ottaen huomioon johtoseinien yhtei- i4 84320 sen paksuuden aiheuttaman hyödyllisen erotustilan menetyksen. Lisäksi uskotaan, että on olemassa vaihtoehtoisia keinoja, joilla saadaan aikaan olosuhteet hiukkasten lyhyttä säteisliikettä varten säteisvoimien alla jakamalla 5 johdon sisätila. Esim. voidaan saada aikaan sarja saman-keskeisiä rengasjohtoja, joiden säteispaksuus on pieni. Vaihtoehtoisesti voitaisiin rakentaa vain yksi johto, joka koostuu sisäisten ja ulkoisten johtoseinien ja väliseinän tiukasti kierretystä kierukasta. Tämän mahdollisuuden ja 10 samaan tarkoitukseen sopivien erotustilan muiden jakotapojen sisällyttämiseksi nimitämme erotustilan tällaista jakoa "oleellisen samankeskeiseksi ja oleellisen rengasmaiseksi" seuraavissa patenttivaatimuksissa.

Esimerkkejä 15 Tutkimusten yhteydessä rakennettiin kaksi laborato- rioerotinta, joilla on kuvion 1 näyttämä yleismuoto. Näiden laitteiden kuvaus annetaan seuraavissa osissa A ja B. Näillä erottamilla erotettiin todellisia malmeja ja mineraalien kahden aineosan seoksia, jotka valmistettiin eri-20 laisten erotusongelmien simuloimiseksi. Näiden seosten mineraalit valittiin tavallisesti selvän värin, kidemuodon ja tiheyserojen perusteella, niin että erotukset voitaisiin tulkita silmämääräisesti ja tulokset voitaisiin esittää selvästi. Seosten eräät erotukset esitellään osissa A 25 ja B sekä taulukossa 1, joka on jäljempänä, keksinnön mahdollisuuksien esimerkkeinä. On huomattava, että kaikki tulokset ovat erittäin hyviä, varsinkin kun otetaan huomioon, että kukin tulos saavutettiin aineen yhdellä ajolla erottimen läpi. (Laatu ja talteenotto viittaavat siihen 30 aineosaan, jonka odotettiin esiintyvän pääasiallisesti sisä- tai ulko-osassa.) A. Erotukset ensimmäisellä laboratorioerottimella

Ensimmäinen laboratorioerotin rakennettiin käyttäen lieriömäistä, suprajohtavaa nelinapamagneettia, jonka kyl-35 män porauksen halkaisija oli 69,85 mm (2,75"), hyödyllinen

II

is 84320 pituus 203,2 mm (8") ja toiminta-alue enintään 2,5 Tesla gradientilla, joka oli 5,12 kilogaussia/cm (13 kG/tuuma). Magneetti sijaitsi 1 524 mm (60") pitkässä Dewarin tyhjö-pullossa, joka sisälsi jäähdytysseosta, jonka ulkohalkai-5 sija oli 304,8 mm (12") ja lämpimän porauksen halkaisija 36,51 mm (1 7/16"). Useat erotusjohdot valmistettiin tässä laitteessa tapahtuvaa toimintaa varten.

Ensimmäinen erotusjohto valmistettiin umpinaisella pohjalla kirkkaasta polykarbonaatista. Jakonäytteen kokoa-10 miseksi käytettiin väliseinää. Käytössä johto asennettiin Dewarin tyhjöpullon lämpimään poraukseen ja sitä pyöritettiin ylhäältä nopeussäätöisellä käyttömoottorilla. Suoritettiin kokeita käyttäen staattista nestepylvästä ja mineraalien syöttöä käsin syöttöputken yläpäähän. Mineraalit 15 putosivat nesteen läpi noin 1,22 m (4 jalkaa) ennen kuin ne menivät 203,2 mm:n (8") pitkään magneettivaikutuksen alueeseen, jossa vaikuttivat sivuttaiset magneettohydro-staattiset erotusvoimat, suuntautuivat uudestaan säteit-täisesti ja putosivat väliseinän muodostamiin erillisiin, 20 samankeskeisiin kokoomavyöhykkeisiin.

Taulukon 1 esimerkeissä nro 1 ja 2 näytetään tulokset kahdesta erotuksesta, jotka tehtiin tällä laitteella. Ensimmäinen esimerkki näyttää, kuinka voidaan erottaa hienot hiukkaset tiheyserojen perusteella käyttäen keksinnön 25 mukaista MHS-linkoa. Toinen esimerkki näyttää laitteen käytön toisella tavalla, jossa erotus saadaan aikaan magneettisten ominaisuuksien erojen avulla ilman nesteen pyöritystä. Korkealaatuista esimerkin mukaista erotusta (kahden heikosti magneettisen mineraalin, joiden magneettises-30 sa vastaanottavuudessa oli selvä ero, joka on pieni verrattuna kummankin aineosan vastaanottavuuteen) ei voi saavuttaa millään muulla magneettisella erotusmenetelmällä, joka on tavanomainen, hyvin voimakas tai korkeagradientti-nen.

35 Toista erotusjohtoa, jota oli muunnettu lietteen i6 84320 erotusvyöhykkeeseen tapahtuvaa toisenlaista syöttöä varten, käytettiin menestyksellä erotusten suorittamiseksi lietteen virratessa erottimen läpi, jossa käytettiin kuvion 1 mukaista rakennetta. Tämä johto muodosti kapean 5 (6,35 mm eli 1/4" leveän) rengasmaisen virtaustilan neste- hiukkas-lietteelle aikaansaaden erotuksen ohuella, pitkänomaisella erotusalueella. Tämä johto edustaa yhdessä neli-napaisen kenttämuodon ja paramagneettisen nesteen kanssa MHS-lingon erästä parhaana pidettyä toteutusmuotoa. Eräs 10 erotus tässä johdossa, esimerkki nro 3, näyttää, kuinka MHS-linko voi toimia neste-hiukkas-lietteen virtauksen kanssa ja erottaa aineet hiukkasten tiheyksien pienten erojen perusteella, tässä tapauksessa vain 0,5 g/cm3. Esimerkki nro 4 näyttää laitteen kyvyn saada aikaan laatu-15 erotukset olosuhteissa, jotka jäljittelevät käytännön tuotantotasoja: so. lietteen suurella virtausnopeudella (10,06 m eli 33 jalkaa/min) kiintoainepitoisuuden ollessa käytännöllistä tasoa (6 tilavuus-%). Tässä oleva esimerkki koskee vaihtoehtoista tapausta, jossa erotetaan magneet-20 tisten ominaisuuksien erojen mukaan, mutta suoritusten pitäisi olla samat myös erotettaessa magneettisten ominaisuuksien mukaan.

Esimerkki nro 5 näyttää, että esimerkin nro 2 vaikea erotus (heikkojen magneettisten vastaanottavuuserojen 25 mukaan) voidaan myös saada aikaan ferromagneettisella virtauksella ja lietevirtausolosuhteissa.

B. Erotukset toisella laboratorioerottimella

Monilla malmeilla on vaihteleva magneettinen ominaispiirre rikasteessa ja juonikivessä, mikä häiritsee 30 tiheyteen perustuvaa erotusta. Näitä tapauksia varten pidetään parhaana MHS-linkoa, jossa käytetään heikkoa kenttää, koska se on verraten epäherkkä hiukkasten magneettiselle ominaispiirteelle. Voimakkaampi, ferromagneettinen neste on myös suotava, jotta saavutetaan magneettisen nos-35 tovoiman tarpeelliset tasot sisäänpäin. Näin ollen suun-

II

i7 84320 niteltiin yhden metrin pituinen MHS-keskipakoerotin, jossa oli 50,8 mm:n (2") poraus ja jonka valmistuksessa käytettiin samarium-koboltti-kestomagneettej a kuusinapamuodolla. Magneetit kehittivät 0,398 Tesla 50,8 mm:n halkaisijan 5 kohdalla gradientin ollessa 2,89 kilogaussia/cm (7,36 kG/tuuma). Tilan säästämiseksi erotin suunniteltiin sellaiseksi, että magneettiyhde pyörisi johdon kanssa.

Esimerkki nro 6 valaisee tämän laitteen kykyä sellaiseen erotukseen, johon se suunniteltiin; so. tiheyden-10 erotuksiin, joissa vaihtelevat magneettiset ominaisuudet rikasteessa ja juonikivessä normaalisti häiritsisivät erotusta. Se on myös esimerkki kuusinapamagneetin käytöstä ferronesteen kanssa, mikä on eräs MHS-lingon parhaina pidettyjä toteutusmuotoja. Kevyt, magneettinen mineraali 15 erotettiin puhtaasti tiheyden perusteella ei-magneettises-ta, raskaasta mineraalista. Erotettujen tuotteiden tutkimus näyttää 98,5 % pitoisen rikasteen (pyriitti) ja 5,6 % (pyriitti) pitoisen jätteen. Pyriitin talteenotolla päästään 98,5 %:iin tässä erotuksessa.

20 is 84320

Taulukko 1

Esimerkkejä mineraalien yhden ajon erotuksista, jotka tehtiin keksinnön laboratoriomalleilla m m mm S G i S E ϋ U ' O CO O G ' -s G \ G G ! •H > <u G \ <U >i 1 >1 im 1 m E Gi G >i Ί >i G S G £ G SC S,

•H φ H S G S H !J1 Ή ϋΐ -H U Ή O

G AJ U) -H tn . 4J AO PJ ^ S

-G λ Ρ-*\ο p-1 io P-* ^>ί pj ^ i G -m 1T ro-^i ^ , 1 , 0) £ 1 £ 0) i 1 ^ o * oi* i c; in o ui ! O V) C O ^ CJ O GO c o Cl' G 1 ! AO o CΠ iH m>G en rH CT1 »—j T -O CT -G -H ' Ϊ! 5 (Ng X o (n2X (N2X m 2 -h 2pO--ngco rH .¾ CJ 5¾ - o c

(tl CJ C, MD w ί)Γ^ CJ C MD U H 'T H H O C H rH

C C 0 II C u II C o II C -o II * m II n tn ||

•H 2 $ v. 2 ^ v 2 ^ y ^ £J ε & £ H

C Cp > ϋι > 0 h o c <0 rO -— 4-1 ro _ mg vd o vo md ro o O O O O O i—I o ϋ o U iH UO t)H U>-tO ,

> \ O O O m U rH O o O U —I U m O H O rH O

\ \ V, \ \ \ \ \ \ \

•A 5 -h0' CP O CP tP · CP CP CP , CP O CP CP CP

σν in 4-> σν σ\ 4-) ι

+J-PVO CN V O ♦. ro τΤ MOM ·> N >rr m TT TT rH

o o ι -o *o *00 *in * * - o *o *m *oo -in *m ·> m 1? A o pp l Γ' I m cn m r~ n h n | m ι ro r~ m cm m r-~ n m/i h 0 o 3 -* Il il Λ n II II n n n n n ti n ti n » n n n n n II II ti 1 ,C > ^ O. ^ O. V Cl V Q V Cl V Q. V Q y α V O. V O. y Q. V Q. ^ CO **-t 03 -rH pj ro ; ro 03 U ft] · · -H 03 O · H <—I 03 ^ -iJ · rH (Ti —^ G P) pj f“l O —η *rH H — 4-J pj _ -rH M 03 «»* Ή M Ή 103 •Ή O PJ -rH -H pJ G Jp Ή __ 4J JT PJ ZT -rJ P- PJ Jr* PJ -r-* _ 2 0 -G '*rH 0-J O pj O -H O -H O -H O pj O qj O pj O pj ei pj m m -h n ^ a ή o c o ή m ^ o h o o m — oo o o o pj o • ·.: m Tf λ m c m SmOvo sp m o ω en c m o m -H m - - - 2 f" G t" 3-v^v 3 v 3 v 2 v ^ v 94 va v ^ r—I r| ·—1 •HU H V >, V 20¾¾ Ό £ Ό ηΌ ftO -h Ό a, Ό a v ^ v iH :rö IH 13 rl fl TlVoV V V 14_|VCV "3 V cu v ωΌα,Ό

ro Vr VV 3l ZJ. dP 2- t*> 3. 3 3. 3 3 VV

rrJird OP 3 cJP 3 OPOoPO OOOO OP O OP O OP O OP O OP30P3 Ϊ a Ό o n- >» o in öin ininmo m m r- tn r-innin On-ott α πττνοττ m h m h <? <~t <? m n h m H ίο h nn vor^-trc'- H (0 S -n -----1----

I 110 1 I

10 3 O Π H I (0 UI H I B r li Hl H 0) <Ör-.||| <o a) m -hi <o οω> in c hs-iim acnw ro dUUI-H *J Φ C U ^I'-' H 13 H HOOD ΛΙγΟπΟ

Π _y>i> ne "in CD Hr^rOrO UI C CU (0 ED

: : 3 D C-HVDD3rO 3 H -n O 0 -H +4 c I 3

O H z H M B (0 O -Hr- DD H — ^ E C H D-H-H

Ih 3·ηφ -h in 4-i c H — a, n - c 3 sf h "-h biuu c 4-1 --- DCCCi-HD OuuC'HrHIDCV>-H ^ c 3D-C-H iocd cc-H-HrHinx:®'-' h tn to n : cm Dinc m o > d+j coEhidc en ui hcuc'

h 3 -nCrfl SHU C U M U14J^. TI3C-h3(0 DHmrO

. ' . Λί H O U O D-PD-H DCC aCiEtOD>D-P+JrH DOD-U

H-H COUU-^ Ti4-> <U TDDH UJ-H ΗΟιΟΌ-ΡΟ-η CHWH

DO DUDrO 3DC^ 3hD 0>v0rHtnrH3DUtD CPD-H-H

B-V -H D S -P rflD-H (00,0,-- HDOD-h-HODDO ro H> •h h k w 2C-HC ^ in ω u - u o u ^ c v s c 4J —-

«ro CG2 CrrOrd «CD DODH CTC« DD

CdUJ · D D <0 · (0 10 i0 -DOC .-Η-^3·ΗνΟ . ro H 3 , >, t) >3 H U 'n U IN E li M rOUJ r-iH TTH-^ma—i/iE-HiH v£)>C4-: n 19 84320

Taulukko 1 - jatkoa i---

I I O C I

i CO lie u «a jj d i ι t d tn « y -3 o ai u g 3 k -h d -4 >i en i » -h i en g d o .y 3 οε a tn o —i « a m C 3 CCS'1-! 44 d 44 C 3 C -3 4-> i—t 44 dl 3 3 > o 3 a) -3 -m —i ai e oi tn -h o -h <*> ό <u tn tn io ojtnjcd Oi e ti ui m o a -e 44 e P ·3 λ; tn 4J -H :ra ω -h td -e +j Ei -h o *i o 3 --•ο tn ^ o > tn e tn h k o t) e -h - tn d -ι-i d ή d +-> -h ·η tn ολ d 3 e ,υ -3 <d -h ro ή

+j *J -ri -n tn -U -h d tn ho.) .u 3 :d o tn ai 3 o O

O a O Qj-r-i-H £>(^T tn E •fi CO, -i—' >-+-* tn ov^idl φ> +J 3 > en #> n g o —i en O -3 -Y d tn o d e -p -4 a 003 -33 +j a 0 ui -n ai λ; o-r-itdOdd-Ydd o 3 n a o 44 # 3 h —4 o -3d en E o tn tn 3 - o -h m tn o -u C O Φ -π o E e e o° <n tn .—1 a > -3 s? tn jt men Ε-Ί -3 a a -3 +J o Cn -3 3 d O —. tn 3 *3-3 3 n 3 «η MUCdtn^-ictnJ t d d -3 roov cqqj-3

__>4 O 44 (fl__>4 O 3 E O Ql It O o >< -n n 4J__en tn en__CT) 4-) M

td I

> ; -I

' td 1 td -3 r3 4-1 4-> r3 4-1 4-1 Q> g g S E E E E E E1

® -S td o O O o O O

u Ό tn e * \ ' \ 3 «· \ - \ * \ c - \ 01 ~ d -3 00E ωοε ή qj <u E oj jj £ <yoE -3 a o e

S>,oitd\00u .5000 .6000 e O O O e 00 U ^EOOU

·§ ϋ 2 .5 Äwta> I; un m r> -^ca od H -^tn in 3 <7 r- m· .h ^ o n 0

Mi44JaioorO » r-' no oo 3 m in 3 .¾ n in 3 ^ r^· vo ·Η en αο no m

OtoctrajcniTj·^ cd tr «. cm no v no no ·. 3 n· ·* no τ en «, ?! ηϊ'Ι Hdvo o no m· o cm no n h οιηοΉ o m· oh cm o cm cm

\j Qa Ai -M

<T3 fO <T3 (XJ ftf > > > > > d d d d dl u 4-1 4J u 4-1 m -C ,c x jc jd d

00 0 0 O E

•m -Γ-v -r—1 -r-i n 0

d d d d d 4J

w m 33 3 tn a a a a a <u

on 3 33 3 .Y

C tn tn tn tn en

C

tn * ^ * - - 00

* e e CC CO

d OI d) 0) 0) o» e e e C e -3 . . '3 ·3 Ή -3 *3 -3 td +-> d d d d d <d a — -e ·η~ι aa aa a d <u d d d d d e -3 tuoc e - e e e -3 44

* ΰ +J *H -H -H «H -H m JJ

‘7 Cr> O —ί Γ-l r—I n-1 rH 3 <V i jtJ D <L1 1» O (U O DO! Σ Σ Z Z 2 2 2 C ; 1 1C td

1 0 3 d d 1 -P

tn tn 1 31 31-— dd 1 o tn — di ·3 3 3 Φ tn d d tn -3 dp ή 3 Λί o d -·3 d η«;ιη·3 44 44 ·3 >,γη -ί d a i 4433 aEo

tn y >1 3 111 o > e m 3 i-ir-ida;· tncE i-C

3Φ^— 03 CUjetP d ι-l ·3ΐ C —4 0-3 C -3 -H

o -3,c y 3 ·3 φ ·3 ω 3 3 ·3 -3 ,y g e 010144 P -C ·3 e -3 0) e 41 41 a »1 « n n 3 tn e 443 01 e -3 tn o y e o aicv -3 en d _ cd -cai dC3 C3-3 4JvDx:ai 41 3 n C ra o «1 j; - wc 013 dEC'-'1 mm 4) 4) tn - 33 '3i 3 3 d c-Hd e 41 ai — tn 44 -, ή e -3 3^ oiooitn y p 04JE4J oi4Jd ei e a tn 33s -3. 34444« 33013 3-3 CO tn Ό P Y T33 3 44·3 ,ν Ό o +i 0 P CO -3d tuo 3 3 e 3 -C o 3 d x;-3Cd o > o d .e 3 p d en 4444 EY -3 3 3 d d3E-LJ d a 3 44 330d3 d3344 d e -P ρ 3 3 X ‘31 44 Ϊ4 C tn YJ -31 3 ω 41 « 3 UI XC 3 S33-3 tn d e o 3 . o e 3 m o 3 30-4-3 cnc-3 . a > WJJ . ^ ^ T! PJ 2 " ^ rA => U > „' -3 3 0 J > C ^ _3 41 dl > °*Εν3 ^33-- m* —t — 3 44 40 E —I — MO__ 20 84320

Edeltävien kokeilujen lisäksi suoritettiin muita kokeita samanlaisella laitteella ja nämä osoittavat kykyä erottaa pienten tiheyserojen perusteella tai magneettisen vastaanottavuuden niinkin pienen eron kuin noin 25 x 5 10'6 smy/cm3 perusteella. Erotuksia on esitelty lietteiden kanssa, jotka sisälsivät jopa 23 paino-%:n verran kiintoainetta, nesteen virtausnopeuksien ollessa jopa 10,05 m/min (33 jalkaa/min).

Kokeet ovat todistaneet, että on edullista käyttää 10 paramagneettisen nesteen ja nelinapamagneetin yhdistelmää tietyillä tiheyksillä ja ferronesteen ja kuusinapamagnee-tin yhdistelmää muiden tiheyksien kanssa. Molemmat yhdistelmät antavat suoraviivaisesti kasvavat voimat magneetti-nesteväliaineeseen 52 ja säteisvälimatkan aksiaalisesta 15 keskipisteestä erotusjohdon 10 seinään. Ferronesteen ja kuusinavan yhdistelmä tarjoaa kuitenkin erityisiä etuja, kun on tehtävä erotukset verraten pienten tiheyserojen perusteella aineissa, joilla on useita eri magneettisia vastaanottavuuksia. Kuten on todettu edellä, on helpointa 20 tehdä tiheyserotukset, kun erotettavien jako-osien magneettiset vastaanottavuudet ovat samat tai ainakin hyvin kapealla alueella. Monissa sovellutuksissa on paramag-neettinen/nelinapainen yhdistelmä riittävä. Mutta kun magneettisten vastaanottavuuksien alue on hieman suurempi, 25 esim. kun vastaanottavuuksien hajonta on yli n. 30 x 10'6smy/cm3 ja kun nämä vastaanottavuudet esiintyvät malmin koko juonikivessä sekä uutettavissa, arvokkaissa mineraaleissa, on peitettävä magneettisten vastaanottavuuksien vaikutukset. Muutoin tapahtuu erotuksia sekä vastaanotta-30 vuuksien että tiheyksien perusteella eikä vain tiheyksien perusteella, mikä on suotavaa, jolloin erotus ei ole erityisen puhdas. Ferroneste/kuusinapayhdistelmällä on nesteen tehollinen vastaanottavuus suurempi kuin malmin erotettavien aineosien. Näin voidaan kehittää huomattavat, 35 sisäänpäin suunnatut nostovoimat, jotka kohdistuvat malmin

II

21 84320 kaikkiin aineosiin ja sen valitut aineosat voidaan ajaa ulospäin keskipakovoimilla nesteen tarpeeksi suuren pyörimisnopeuden avulla, oleellisesti riippumatta hiukkasten magneettisista vastaanottavuuksista.

5 Edellä on esitelty uusi laite ja menetelmä, joilla erotetaan hiukkasia ja joissa voidaan käyttää verraten pieniä tiheyseroja kaksinapaisten erotusvoimien kehittämiseksi, jotka ovat painovoimaa monta kertaa suuremmat. Samoin magneettikentän tehokas käyttö mahdollistaa pienemmän 10 pitoisuuden omaavien ja halvempien nesteiden käytön käytännöllisillä tuotantotasoilla.

Samanlainen etu on tuloksena, kun erotetaan heikosti magneettisia aineita pienten magneettisten erojen perusteella. Nykyisin voidaan esim. voimakasta magneettista 15 erotusta käyttää vain sellaisten mineraalien kokoamiseksi, joiden magneettiset vastaanottavuudet ovat noin 200 x 10'6 smy/cm3 tai suuremmat, kuten volframiitin, granaatin tai kromiitin. Keksinnön mukaisella erottimella ei sitä vastoin pysty vain kokoamaan, vaan voidaan jopa erottaa 20 hiukkaset toisistaan magneettisten vastaanottavuuksien niinkin pienten arvojen perusteella kuin 10 x 10‘6 - 1 x 10'6 smy/cm3. Tällaiset erotukset eivät ole ennen olleet mahdollisia ja useimmat tutkijat ovat pitäneet niitä epätodennäköisinä mahdollisuuksina.

25 Edellä kuvattu keksintö on selvästi laajasti sovel lettavissa, vaikka sitä voidaan käyttää erilaisin muunnelmin. Esim. sen pyörivässä toimintatavassa, jossa aine virtaa, ei aina tarvitse suunnata erotusjohtoa niin, että sen pituusakseli on yhdensuuntainen painovoimakentän voimavii-30 vojen kanssa. Alan asiantuntijat ymmärtävät myös sen, että monet edellä kuvatuista erotuksista voidaan suorittaa lieriömäisen magneetin ulkopuolella, joskin uskomme, että on mukavampaa tehdä se sisäpuolella. On kuitenkin teoreettisesti mahdollista rakentaa MHS-keskipakoerotin, jossa sen 35 erotuskanavat ympäröivät magneettia ja jossa käytetään 22 84320 diamagneettista nesteväliainetta. Muita muunnelmia voidaan tehdä magneettisen nesteväliaineen ja siinä olevien hiukkasten pyörityksen suhteen. Esim. virtausohjaimen 14 siiville 58 voidaan antaa kierukkamainen muoto, niin että 5 tämän kautta pumpattu neste muodostaa pyörteen, kun se laskeutuu erottimen läpi. Lisäksi voitaisiin saada aikaan tärytys superponoimalla toinen magneettinen kenttä magneetin 12 muodostaman peruskentän päälle. On myös ajateltavissa käyttää kokonaan erilaista magneettikentän lähdet-10 tä kuin magneettia 12, jolloin perusvaatimuksina ovat sä-teissuuntaisten, akselisymmetristen erotusvoimien kehittäminen ilman huomattavia aksiaalisia osavoimia. Kaikki tällaiset rakenteet ja muunnelmat ovat selvästi tämän keksinnön ajatukseen kuuluvia ja ainoastaan seuraavat patentti-15 vaatimukset on tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-piiriä.

Il

Claims (26)

1. Menetelmä tiheydeltään tietyissä rajoissa vaih-televien ja tietyt magneettiset ominaisuudet omaavien 5 hiukkasten (64,66) muodostaman kertymän erottamiseksi kahdeksi hiukkasryhmäksi, jolloin menetelmä käsittää vaiheet, joissa nestemäisestä väliaineesta (62) muodostetaan rajattuun tilaan pystysuora pvörintäakselin kanssa yhdenit) suuntainen pylväs; muodostetaan nestepylvään (62) erotusalueen sisälle magneettinen kenttä, jonka voimakkuus kasvaa säteit-täisesti nestepylvään akseliin nähden; syötetään erotettavat hiukkaset väliaineeseen 15 (62) siten, että ne putoavat erotusalueen läpi; ja kerätään pylväästä (62) erikseen ensimmäinen hiuk-kasryhmä säteittäisesti sisempänä jakeena ja toinen hiuk-kasryhmä säteittäisesti ulompana jakeena sen jälkeen, kun hiukkaset ovat kulkeneet erotusalueen läpi; ja jolloin 20 nestemäisenä väliaineena (62) käytetään paramagneettista tai ferromagneettista nestemäistä väliainetta, jonka tiheys on pienempi kuin kaikkien hiukkasten (64,66) ja jonka magnetoituma tilavuusyksikköä kohden on suurempi kuin ainakin joidenkin erotettavien hiukkasten magnetoituma sil-25 loin, kun ne ovat magneettikentässä, tunnettu siitä, että nestepylvästä (62) siihen syötettyine erotettavi-ne hiukkasineen lisäksi pyöritetään akselinsa ympäri, jolloin erottuminen tapahtuu sekä kunkin hiukkasen magneettisen ominaisuuden että tiheyden perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettikentän voimistuminen on oleellisesti akselin suhteen symmetrinen ja lineaarinen ja että väliaineena käytetään paramagneettista nestemäistä väliainetta (62).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 24 84320 tunnettu siitä, että magneettikenttä muodostetaan käyttäen nelinapaista magneettia (12'), joka ympäröi akselia pylvään (62) ulkopuolella, ja että väliaineena käytetään paramagneettista nestemäistä väliainetta (62).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettinen kenttä muodostetaan käyttäen kuusinapaista magneettia, joka ympäröi akselia pylvään (62) ulkopuolella ja että väliaineena käytetään ferromagneettista nestemäistä väliainetta (62).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettikentän voimistuminen tapahtuu oleellisesti symmetrisesti akselin suhteen ja neliömäisesti ja että väliaineena käytetään ferromagneettista nestemäistä väliainetta (62).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pylvään sisälle muodostetaan useita osapylväitä ja että keräysvaihe suoritetaan kunkin osapylvään suhteen.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että erotettavia hiukkasia (64,66) lisäksi tärytetään menetelmää suoritettaessa.

8. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyöritysvaiheeseen kuuluu magneetin (12) pyörittäminen.

9. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetyn nestemäisen väliaineen (62) tehollinen magneettinen vastaanottavuus on oleellisesti suurempi kuin erotettavien hiukkasten (64,66) ja käytetty magneettikentän voimakkuus on niin alhainen, 30 että hiukkasiin vaikuttavat, suoran magneettisen veto- tai hylkimisvoiman aiheuttamat voimat ovat suhteellisen pieniä verrattuna pyörinnän ja magneettisen kantovoiman aiheuttamiin voimiin.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 2-5 mukainen mene- 35 telmä, tunnettu siitä, että muodostettu pylväs (62) 25 84320 on poikkileikkaukseltaan renkaan muotoinen ainakin erotus-alueella.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pylväs on oleellisesti lin- 5 jassa gravitaatiokentän voimaviivojen kanssa.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että erotusvyöhyke on pitkänomainen.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen mene- 10 telmä, tunnettu siitä, että pylväs (62) ympäröi ainakin osittain akselia ja on oleellisesti samakeskinen sen kanssa ja että magneettikenttä on muodoltaan sellainen, että se kohdistaa oleellisesti vain säteittäissuun-taisia, akselin suhteen symmetrisiä voimia väliaineeseen 15 (62) ja hiukkasiin (64,66).

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pylväs (62) muodostuu virtaavasta väliainevirtauksesta, joka kuljettaa erotettavat, putoavat hiukkaset (64,66) mukanaan erotusalueen 20 läpi.

15. Laite tiheydeltään tietyissä rajoissa vaihte-levien ja tietyt magneettiset ominaisuudet omaavien hiukkasten (64,66) muodostaman kertymän erottamiseksi kahdeksi hiukkasryhmäksi, jossa laitteessa on 25 välineet (10), joiden avulla muodostetaan pylväs (62) nestemäisestä paramagneettisesta ja ferromagneettisesta väliaineesta pitkittäisakselin suuntaisesti rajattuun sama-akseliseen tilaan, joka ainakin osittain ympäröi akselia, 30 välineet (12), joiden avulla muodostetaan magneet tikenttä oleellisesti saman akselin suhteen pylvään erotusalueen poikki, jonka magneettikentän voimakkuus pienenee mistä tahansa säteittäisesti pylvään ulkopuolisesta pisteestä akselia kohti ja joka on muodoltaan sellainen, 35 että se kohdistaa oleellisesti vain säteittäissuuntaisia 26 84320 voimia alueella oleviin magneettisiin aineisiin, välineet (22), joiden avulla syötetään erotettavia hiukkasia väliaineeseen siten, että ne putoavat erotus-alueen läpi, ja 5 välineet (18,19), joiden avulla pylväästä kerätään erikseen hiukkaset, joilla on suhteellisen alhainen yhdistetty tiheys ja magneettinen vastaanottavuus, säteittäi-sesti sisempänä jakeena ja jäljelle jäävät hiukkaset sä-teittäisesti ulompana jakeena sen jälkeen, kun ne ovat 10 kulkeneet erotusalueen läpi, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu lisäksi välineet, joiden avulla pylvästä (62) pyöritetään akselinsa ympäri, jolloin erotus tapahtuu kunkin hiukkasen magneettisen ominaisuuden ja tiheyden perusteella ja jolloin magneettikentän voimakkuus 15 ja pyörimisnopeus ovat sellaisia, että erotusalueen läpi kulkeviin hiukkasiin (64,66) kohdistuu säteittäisesti ulospäin suuntautuva, keskipakoisvoimien ja suorien magneettisten voimien muodostama nettosumma ja lisäksi säteittäisesti sisäänpäin suuntautuva magneettinen kantovoi-20 ma, joka on suuruudeltaan sellainen, että hiukkaset, joilla on suhteellisen alhainen yhdistetty tiheys ja magneettinen vastaanottavuus, liikkuvat sisäänpäin.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että magneettikentän muodostavat väli- 25 neet (12) on sovitettu muodostamaan kentän, jossa kuvattu heikkeneminen on akselin suhteen symmetristä ja lineaarista .

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että magneettikentän muodostavat väli- 30 neet (12) on sovitettu muodostamaan kentän, jossa kuvattu heikkeneminen on akselin suhteen symmetristä ja neliönmuotoista .

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että magneettikentän muodostavat väli- 35 neet (12) muodostuvat nelinapaisesta magneetista (12'), 27 84320 joka ympäröi akselia rajatun tilan ulkopuolella.

19. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että magneettikentän muodostavat välineet (12) muodostuvat kuusinapaisesta magneetista, joka 5 ympäröi akselia rajatun tilan ulkopuolella.

20. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että pylvään (62) muodostavat välineet (10) käsittävät välineet (14,58), joiden avulla pylvään sisälle muodostetaan useita osapylväitä ja että keräysvä- 10 lineet (18,19) on sovitettu keräämään säteittäisesti si-sempi ja ulompi hiukkasjae kustakin osapylväästä.

21. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä lisäksi on välineet, joiden avulla erotettavia hiukkasia tärytetään niiden kulkiessa 15 erotusalueen läpi.

22. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että pylvään (62) muodostavat välineet (10) käsittävät johdon ja pylvästä pyörittävät välineet (32) on sovitettu pyörittämään johtoa ja magneet- 20 tia (12).

23. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että pylväs (62) on poikkileikkaukseltaan renkaan muotoinen ainakin erotusalueella.

23 84 320

24. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, t u n - 25. e t t u siitä, että pylväs (62) on oleellisesti linjassa gravitaatiokentän voimaviivojen kanssa.

25. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että erotusalue on pitkänomainen.

26. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, t u n - 30. e t t u siitä, että pylvään (62) muodostavat välineet (10) käsittävät välineet (50,52,54,56), joiden avulla nestemäisen väliaineen muodostama pylväs saadaan virtaamaan rajatun tilan läpi jatkuvana virtana, joka kuljettaa erotettavat hiukkaset mukanaan erotusalueen läpi. 28 84320