JPS597508B2 - 磁気分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気感受性粒子の磁気分離法及びこれに用いる
磁気分離装置に関し、特に流体の流れからの磁気感受性
固体粒子の磁気分離に関するものである。

かかる流体は液体又は気体状であり得る。特に本発明は
流体の流れ中に存在する磁気感受率が比較的高い粒子を
磁気感受率が比較的低いもしくは零の粒子から分離する
ことに関する。

本明細書中で使用される用語１粒子”は特記しない限り
粒度がミクロン以下から数叫もしくはそれ以上のものを
いう。

磁性粒子を非磁性粒子から分離するのに超伝導性磁石を
利用した磁気分離機を使用することはすでに提案されて
いる。

例えば、英国特許第１２０２１００号明細書には、小さ
い分離箒域から磁気感受性粒子を吸引するのに超伝導性
・磁石を用いる磁気分離機が記載されている。

粒子は供給流中に存在し、この供給流は洗浄流体により
包囲されており、これら二つの流れは該小分離帯域中を
重力の作用によりあるいは該帯域に亘るポンプの作用に
より下方に流れる。

磁性粒子はかかる分離機中できわめて短時間磁界の作用
を受けるにすぎない。

これは必然的に起り得る分離度を制限する。

本発明によると、磁気感受性粒子と非磁性もしくは比較
的磁気感受性でない粒子との混合物から磁気感受性粒子
を磁気分離する方法において、該混合物を含む流れを加
圧下に又は重力下に流動状態で床面と側壁とを有する弓
形の分離流路の一端に導入し、その際前記流れの角速度
、床面によって与えられる摩擦力及び浮遊物に確立され
る偽粘度勾配は、放射状の遠心力の作用により前記の流
れが流路の床面近くでは内側に且う流れの本流内の高い
位置では外側に放射状に別の循環を受けているようなも
のであり、前記の流れが流路の周囲を進行中にこの流れ
に固定磁石からの放射状の磁界勾配を受けさせこうして
磁力及び別の循環の協同作用により流路を通って進行中
に磁気感受性粒子を磁石の方に移動させることを特徴と
する、磁気感受性粒子の磁気分離法が提供される。

更に本発明の別の要旨によると、磁気感受性粒子と非磁
性もしくは比較的磁気感受性でない粒子との混合物から
磁気感受性粒子を分離するための磁気分離装置において
、弓形内壁及赫外壁と流路用の少くとも床面を形成する
少くとも１つの接続壁面とを有し且つ一端に粒子含有流
体用の入口を他端に１つの放射状側面から導かれる出口
を又は相異なる放射状側面から導かれる第一の出口と第
二の出口を有する流路であってこの流路に加圧下に導入
した流体が前記入口と１つ又はそれ以上の出口との間で
弓形通路中を流れるように設けた流路と、該流路の弓形
壁面の１つの壁面近くに配置されてしかも該流路の長さ
の実質的に部分に沿って延びている固定磁石であって使
用時に流路に亘って放射状に磁界勾配を与えるように作
動し得る固定磁石とを設けてなる前記の混合物から磁気
感受性粒子を分離するための磁気分離装置も提供される
。

弓形の流路は断面が矩形であることができかつ片側に水
平面を有し、この流路の外側周囲に磁石が配置される。

弓形流路の床面は内側から外側へ下方に傾斜され、一部
切截円錐形を有することもでき、この弓形流路は磁石の
外側周囲に配置される。

弓形流路は平行四辺形の断面をもつことができ、この平
行四辺形は磁石の中心線に対してらせん状に傾斜され得
る。

人口流路は第一及び第二の人口流路に区分することがで
き、第一の入口流路は使用時に磁気感受性粒子を含む流
体の流れを内包し、一方第二の入口流路は使用時に流体
の流れを内包しかつ第一の入口流路よりも磁石に近接し
て置かれる。

第二の入口流路内の圧力は使用時に第一の入口流路内の
圧力よりも高くなり得る。

第一と第二の入口流路は共通の壁を有することができ、
第一と第二の出口流路もまた共通の壁を有し得る。

この共通壁は単一の流路分離帯域を与えるように環状管
の軸の長さに沿って一部削除され得る。

これらの環状管には、それぞれの流体流を管内を旋回せ
しめるように接続方向に入口及び出口が設けられる。

次に本発明を添附図面を参照しつ＼説明する。

第１図は１８０°より大きい面に亘って延びる断面が四
角形の流体導管１０の形状の弓形流路分離帯域を示すも
のである。

図では導管１０は１８０°の面に沿って区切られている
。

導管１０の左手断面には導管に対して横方向に起る液体
流（同時にこの液体は導管の周囲を流れる）の模様が示
されている。

本発明はこれに限定されるわけではないが、液体の流れ
が弓形流路により彎曲路に方向付けられるとその液体上
に作用する遠心力が液体を外側に放射状に追いやる傾向
が生ずるが、その遠心力は流路の放射状床面の摩擦抵抗
により抵抗を受けると考えられる。

従って、液体の最も大きい放射状の外側の流れは流路の
床面から離れた高い場所で起り、該床面の上方には内側
に放射状に返還流が生ずる。

液体と共に移動する微粒子はそれに及ぼされる推進力の
作用を多かれ少なかれ受ける。

このためかかる粒子はその比重が１より大きければ液体
と共に渦運動にかけられ、流路の床面に亘って内側に放
射状に運ばれ、流路の下部の放射状の内側コーナーに大
部分が集まり、このような位置において流路に沿って移
動する。

これは事実、粒子が流路の下部の放射状の外側コーナー
に集まるであろうと予期される位置と反対である。

かくして、導管１０により液体上に及ぼされるコントレ
イント（ ｅｏｎｔｒａｉｎｔ）によって液体が彎曲路
の周囲を通過するように液体上に作用する遠心力は導管
の床面１１及び天井面１２により及ぼされる摩擦力の抵
抗を受ける。

従って、最も大きい放射状の外側の流れは矢印１３で示
されるよ２に導管１０のほぼ中央面、即ち床面１１と天
井面１２との中間で起る。

矢印１３により示される流れは液体の渦流により上方及
び下方に補われ、かくして１４及び１５で示される矢印
に沿って液体の返還流を与える。

実際に、導管に対し横方向のこの液体流は液体が導管１
０の彎曲路に入った後きわめて迅速に現われることが認
められる。

液体の密度より大きい密度を有する粒子、即ち液体が水
の場合には１より大きい比重をもつ粒子が液体流に沿っ
て運ばれる場合を考えると次の現象が起る。

すなわち、粒子は導管１００床面１１に向って自然に流
れるから矢印１５で示される液体流の影響をより大きく
受けるであろう。

従って、粒子は１６で示されるように導管の下部の放射
状の内側コーナーに集まり易いであろう。

これは実験により証明された。

図示される例では、導管１０は粒子の磁気感受率に比例
して粒子を放射状に外側に吸引する１７で示される環状
磁石の内部に置かれる。

従って、磁気感受率が最大の粒子は矢印１５で示される
液体の放射状の内側流に抵抗でき、１８で示されるよう
に導管１０の下部の放射状の外側コーナーに集まること
ができる。

粒子のそれぞれのコーナーにおける静置はすぐには起ら
ないので、１６及び１８は第１図の右手断面においての
み示す。

特別な利点として、粒子が流路に沿うその安定な移動路
中で靜置する前に起る液体の渦作用は粒子を多かれ少な
かれ磁石の近くに、従って磁界及び磁界勾配の高い方に
移行せしめる。

その結果、磁気感受率の低い粒子でさえも粒子上に及ぼ
される推進力に逆らって液体流を横切って吸引されるよ
りむしろ磁石の吸引力により指向される移動路中に保持
され得る。

従って、液体の渦流は液体が磁石の作用下に到達する前
にはその最終の形に確立されないことが好ましい。

さもなければ、すべての粒子が内側のコーナーに集まっ
て磁石によりそれ程簡単に分離されなくなる危険が生ず
るからである。

このため、入口流路は分離帯域と同じ意味の弓形でない
ことが好ましく、更にそれは接線方向にあることが好ま
しい。

分離帯域は液体の流速に対して、液体の渦流及び粒子の
分離が確立され得るような長さと半径をもつものでなけ
ればならない。

実際に、弓形の流路分離帯域は環状磁石の内側の周囲を
完全に数回循環できるが、通常はＴ〜１回循環できれば
充分である。

粒子は依然として液体と共に導管１０に沿って移動しつ
＼ある（但し、粒子は流路の側面及び床面により摩擦力
の影響を受けるにつれて移動速度は遅くなる）ことは理
解されよう。

従って、コーナー１６で比較的磁気感受性でない粒子の
間に同居した磁気感受性の粒子にはそこから解放されて
コーナー１８に移動する（逆のこともいえる）機会が連
続的に与えられる。

前述の通り入口流路は接線方向にあることが好ましいが
、それは逆の意味で粒子が好ましくは液体流の中に不均
一に放散されるように直線形又は弓形であってもよい。

遠心力による渦運動が起ると、粒子は磁石１Ｔに近接し
た周りに、すなわちより高い磁界及び磁界勾配をもつ導
管１０の部分の周りに移行せしめられる。

かくして、きわめて微粒であるため液体の推進力の作用
を大きく受ける磁気感受性の弱い粒子でさえ磁石により
捕捉され、コーナー１８に集められ得る。

第２図は１導管１０の形状を、下部の放射状の？側コー
ナー１６に流速の遅い液体の帯域が与えられ、それによ
って粒子が重力と遠心力の作用により沈着され得るよう
に改変したものを示す。

この改変は流路の床面を、第１図により示される粒子に
及ぼされる内側の力に逆らって外側の方向に下方に傾斜
させることによってなされる。

流路の断面は平行四辺形の形になることが認められる。

従って、図示される流路の床面は円錐台形であるが、全
体の流路は分離帯域を大きくするために適当な磁石の周
りにらせん状に配置させることもできる。

磁石１７は導管の内部に設けられ、より大きい磁気感受
率の粒子上に、液体の放射状の内側流に加えて該粒子を
放射状の内側コーナー１８に保持するのに充分な吸引力
を与えるように作用する。

液体流について前述した説明は導管１００頂部が閉鎖さ
れているか開口ざれているかには関係しないことは理解
されよう。

実際には、全体の系が静水圧下で操作され得るように導
管の頂部は閉鎖されていることが好ましく、この場合導
管の天井面１２により及ぼされる摩擦力は液体の渦作用
を増大せしめる。

第１図に示される如き導管を用いて種々の試験を行った
。

その結果は次の通りである。１ −７５μｍ（ミクロン
）に粉砕した赤鉄鉱と石英との５０／５Ｑ混合物を、第
２図に相応する側面１インチの流路を通じて固形物含量
３０重量係の水懸濁液中に通送した。

モお供給速度は７２０ｔ／時間であった。

単一操作で赤鉄鉱の８５％が磁性濃縮物中に移行された
．この濃縮物中の石英は５チより少なかった。

２ 石英９５％と赤鉄鉱５チとの混合物を同様に処理し
た。

分離による非磁性石英生成物中の赤鉄鉱は０． ５ ％
より少なく、単一操作で石英の９５係が回収された。

３ −１５９μｍに粉砕した亜クロム酸塩７０％と珪
酸塩脈石３０チとの混合物を同様ｋ処理した。

単一操作で得られた磁性濃縮物は２チより少ない珪酸塩
脈石を含んでおり、亜クロム酸塩の９２％が回収された
。

４ −４５μｍに粉砕した例３と同じ割合
の亜クロム酸塩と珪酸塩脈石との混合物を供給速度を５
０ ０ ｔ／時間として同様に処理した。

単一操作で得られた磁性濃縮物は２６５％より少ない珪
酸塩脈石を含んでおり、亜クロム酸塩の７５％が回収さ
れた。

第１図又は第２図の導管１０は好ましくは大気に開放さ
れて終わる。

コーナー１６又は１８で動いていた粒子は導管から放散
され、所要に応じて置かれる別個の導管中に容易に捕捉
され得る。

第２図に示される形をもつ導管の場合には、この配置は
、液体及びコーナー１６の粒子上に作用する遠心力によ
りこれら粒子及び大部分の水が接線路に沿って外側に追
いやられる限り、特に容易である。

磁気感受率がより高い粒子１８は磁石により左右される
軌道を有し、それによって他の粒子から充分に分離され
、またかかる粒子１８はほとんど液体を随伴しない。

ついでそれらの粒子は５０係程度の高い固形物含量をも
つスラリーとして集めることができる。

本発明の第三の態様は第３図と第４図に示される。

第３図は電流の流れ方向が普通の経路で描かれる四極子
磁石の超伝導性巻線３０を示すものである。

各組の巻線間の中央には、これらの位置で磁石を放射状
に延びる強い磁界が生ずるように有効極が含まれている
。

巻線３０は概略的に示され、超低温容器２９の中に置か
れる。

巻線３０の放射状の最外部には、環状管の形の第一の入
口流路３１が設けられ、これは接線方向に入口管３２を
具備する。

第一〇流路３１にすぐ隣接してその放射状の内側には、
同様に環状管の形でありかつ接線方向に入口管３４を有
する第二の入口流路３３が設けられる。

第一と第二の入口流路３１．３３は環状仕切り壁３６に
より分離される。

第４図に示されるように、第一と第二の入口流路３１．
３３は四極子磁石の長さに沿って分離帯域３５に向かっ
て下方に延びる。

この帯域３５では仕切り壁３６は短かい距離の間第一の
入口流路と第二の流路とを連通せしめて所要の分離が起
るように削除される。

分離帯域３５からは、第一の入口流路３１と接触した第
一の出口流路３１及び第二の入口流路３３と接触した第
二の出口流路３８が導かれる。

第一の出口流路３１は接線方向に出口管３９を有し、第
二の出口流路３８は接線方向に出口管４０を有する。

第一の入口管３２より加圧下で供給された分離すべき粒
子を含む流体の流れは矢印で図示されるように第一の入
口流路３１の周りを旋回し、四極子磁石の軸に沿って分
離帯域３５に向かって下方にらせん路をたどるであろう
。

同時に、粒子を含まない流体の流れは第二の入口管３４
に送られてこれまで磁石を旋回し、分離帯域３５に達す
る。

磁気感受率のより高い粒子は四極子磁石の四つの極によ
り生起される磁界にかけられて第一と第二の入口流路を
分離する仕切り壁３６に向かって吸引される。

分離帯域においてそれらの粒子は第二の出口流路３８中
に吸引され、そこで第二の出口管４０を経て系を離れる
。

用いられる流速は、粒子が装置の円形断面の管中な旋回
するにつれて粒子上にかなりの遠心力が起り、それによ
って、磁気感受率がより高い粒子の運動により第二の出
口流路３８の方向に誤って運ばれた粒子が第一の出１流
路３１と第一の出口管３９によりその系から出していく
ように還送され得る程度の速度であり得る。

生起される遠心力は０．０１〜１００ノの範囲で変化し
得る。

曲型例として、１ ０ ０ｃｍ／秒程度の接線速度を伴
なう直径５０ｃｒｎの系を用いた場合には約０．５ｆの
遠心力が起り得る。

第三の態様の一変形においては、分離すべき粒子を含む
流れは第二の入口管３４から供給され、粒子を含まない
流体の流れは第一の入口管３２から供給される。

これは前記の流れの関係を逆にするものであり、磁気感
受率のより高い粒子が磁石の近くに保持され一方磁気感
受率のより低い粒子が仕切り壁３６を通じて分離帯域３
５に遠心分離されて第一の出口流路３Ｔに達するという
効果が得られる。

磁気感受率のより高い粒子は第二の入口流路３３から第
二の出口流路３８に直接通送される。

更に第３図は分離帯域の入口流路と出口流路が四極子磁
石内に設けられる本発明による第三の態様の第二の変形
を示すものでもある。

この態様は一点鎖線で示され、第３図の主要部に相当す
る部分は文字ａを付した同じ番号で示される。

この場合、生じた遠心力は前記の場合と逆方向に作用す
るであろうが、これは面倒であり、流れのらせん運動は
単に磁界内のできるだけ長い経路を進むように利用され
るにすぎない。

特に第１図及び第２図に示される態様において用いられ
る磁界は慣用の磁石により達成可能な０、５〜２０キロ
ガウス程度、あるいは５０〜６０キロガウスまでもしく
はそれ以上（この場合には超伝導性磁石が不可欠となる
）であり得る。

磁界勾配は１０〜２０キロガウス／ｃｍもしくはそれ以
上が好ましい。

本発明の方法の実施態様を要約すれば下記の通りである
。

（１）磁気感受性粒子を磁石に隣接する弓形流路の放射
状側面から取出すか及び／又は非磁性もし： くは比
較的磁気感受性でない粒子を磁石から離れた放射状側面
から取出すこと。

（２）磁界は弓形外壁に隣接して配置した磁石によって
確立すること。

（３）磁界は弓形内壁に隣接して配置した磁石によって
確立すること。

本発明の装置の実施態様を要約すれば下記の通りである
。

（１）弓形流路が矩形断面を有しかつ少くともその下側
に水平面を有し、この流路の外側周囲に磁石を設けるこ
と。

（２）弓形流路の床面を内側から外側へ下方に傾斜させ
て一部切截円錐形とし、この弓形流路を磁石の外側周囲
に設けること。

（３）入口流路を第一及び第二の入口流路に分割し、第
一の入口流路は使用時に磁気感受性粒子を含み、一方第
二の人口流路は使用時に流体の流れを内包しかつ第一の
入口流路よりも磁石に近接して置かれること。

（４）第二の入口流路内の圧力が使用時に第一の入口流
路内の圧力より高いこと。

（５）流路の壁が平行四辺形の断面を形成すること。

（６）流路を磁石の中心線に対してらせん状に設けるこ
と。

（７）磁石が電磁石であること。

（８）電磁石が使用時にその巻線の超伝導状態への遷移
温度以下の温度で作動される超伝導性磁石であること。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による磁気分離装置における弓形流路分
離帯域の部分断面図であり、第２図は第１図に示される
態様の一変形を示す同様の図であり、第３図は本発明に
よる磁気分離装置の第三の態様を示す第４図の線３−３
に沿う断面図であり、第４図は第３図の矢印４の方向の
側面図である。 図面において、１０は導管、１１は導管の床面、１２は
天井面、１７は磁石、２９は超低温容器、３０は四極子
磁石の巻線、３１は第一の入口流路、３２はその入口管
、３３は第二の入口流路、３４はその入口管、３５は分
離帯域、３６は仕切り壁、３１は第一の出口流路、３８
は第二の出口流路、３９及び４０は出口管を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁気感受性粒子と非磁性もしくは比較的磁気感受性
   でない粒子との混合物から磁気感受性粒子を磁気分離す
   る方法において、該混合物を含む流れを加圧下に又は重
   力下に流動状態で床面と側壁とを有する弓形の分離流路
   の一端に導入し、その際前記流れの角速度、床面によっ
   て与えられる摩擦力及び浮遊物に確立される偽粘度勾配
   は、放射状の遠心力の作用により前記の流れが流路の床
   面近くでは内側に且つ流れの本流内の高い位置では外側
   に放射状に別の循環を受けているようなものであり、前
   記の流れが流路の周囲を進行中にこの流れに固定磁石か
   らの放射状の磁界勾配を受けさせこうして磁力及び別の
   循環の協同作用により流路を通って進行中に磁気感受性
   粒子を磁石の方に移動させることを特徴とする、磁気感
   受性粒子の磁気分離法。 ２ 磁気感受性粒子と非磁性もしくは比較的磁気感受性
   でない粒子との混合物から磁気感受性粒子を分離するた
   めの磁気分離装置において、弓形内壁及び外壁と流路用
   の少くとも床面を形成する少くとも１つの接続壁面とを
   有し且つ一端に粒子含有流体用の入口を他端に１つの放
   射状側面から導かれる出口を又は相異なる放射状側面か
   ら導かれる第一の出口と第二の出口を有する流路であっ
   てとの流路に加圧下に導入した流体が前記入口と１つ又
   はそれ以上の出口との間で弓形通路中を流れるように設
   けた流路と、該流路の弓形壁面の１つの壁面近くに配置
   されてしかも該流路の長さの実質的な部分に沿って延び
   ている固定磁石であって使用時に流路に亘って放射状に
   磁界勾配を与えるように作動し得る固定磁石とを設けて
   なる前記の混合物から磁気感受性粒子を分離するための
   磁気分離装置。