JPS60166016A - 高勾配電磁分離装置 - Google Patents

高勾配電磁分離装置

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JPS60166016A
JPS60166016A JP1919484A JP1919484A JPS60166016A JP S60166016 A JPS60166016 A JP S60166016A JP 1919484 A JP1919484 A JP 1919484A JP 1919484 A JP1919484 A JP 1919484A JP S60166016 A JPS60166016 A JP S60166016A
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JP
Japan
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matrix
fluid
particles
particle size
separation
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Pending
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JP1919484A
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English (en)
Inventor
Yasuo Hirose
広瀬 保男
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03SEPARATION 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
    • B03CMAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00Magnetic separation
    • B03C1/02Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/025High gradient magnetic separators
    • B03C1/031Component parts; Auxiliary operations
    • B03C1/033Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit
    • B03C1/034Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit characterised by the matrix elements

Landscapes

  • Separation Of Solids By Using Liquids Or Pneumatic Power (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は高勾配電磁分離装置に係り、特に流体中に分散
している常磁性粒子の粒度の分布に幅があっても効果的
に除去するのに好適な高勾配電磁分離装置に関するもの
である。
〔発明の背景〕
物質の磁性の差を利用した分離法は古くから行われてき
た。しかし、単に磁力を用いた方法は、強磁性体を非強
磁性体から分離する場合に限られる。
これに対して、高勾配電磁分離は、強い磁場の中に強磁
性体の小球、細線または異形粒子よりなるマトリックス
を置いて、このマトリックスの表面に磁力線の高い勾配
を生じさせ、流体中の常磁性粒子を流体から分離するも
ので、磁場が消去されると、粒子はマトリックス上に残
留磁力と摩擦力とによって保持されるのみなので、この
粒子を洗す出して容易に再生することもできるという利
点がある。
高勾配電磁分離は、磁力と粒子運動の理論にもとすいて
解析されている( J、 A、 Wi l 1 iam
s 。
W、Baxter 、 G、 Col l ins、 
Km )(arding、 C−M。
Lesi lie and R,T、Si IIs ;
’plie ApI)l 1cationof Hig
h Qradient Magnetic 5epar
ationin 1IJuclear puel ie
processing、 Nuclear’J’ech
nology、 Vot、 52 、 Feb、 19
81参照)。すなわち、点Xにある常磁性の粒子pに作
用する磁力は、次式で与えられる。
力 U、;粒子pの体積 χ、;粒子pの体積磁化率 R2;点Xにおける磁界の強さ B;磁束密度 (1)式から粒子pに作用する力が粒子pの体積。
磁化率、磁界、磁束密度の勾配などに比例することがわ
かる。
磁場内における常磁性粒子の運動を表わすパラメータと
して、磁力の作用で粒子がマトリックスに吸引される速
度V、という概念を(1)式から誘導して示すと、次の
ようになる。
ここに、几、;粒子pの半径 M、;マトリックス材料の飽和磁化 H0;外部磁界の強さ η;流体の粘度 aiマトリックス材料(細線)の半 径 (2)式かられかるように、速度v、、は、粒子pの磁
化率1粒子半径の2乗、マトリックス材料の飽和磁化、
外部磁界などに比例し、流体の粘度とマトリックス材料
の半径に反比例する。
マトリックスのまわ)の流体の速度をVO,外部磁界の
磁束密度をBoとすると、粒子がマトリックスに吸引さ
れ、捕捉される確率は、その範囲内のすべての粒子がワ
イヤに吸引されて捕捉されるような捕捉半径R0で表わ
され、R1は、で示される。ここに、R,はV、/V0
とM、/Boに依存する無次元数であり、流体の速度が
小さく、外部磁界の磁束密度が小さいほど大きくなる。
R,の値から高勾配電磁分離装置の性能が予知され、ラ
ンダムに配置されたマトリックスにつbては、次式が成
)立つ。
ここに、N;単位体積中の半径R2の粒子数F;マトリ
ックス材料の容積割合 り、マトリックス材料の充填層長さ く4)式は流体を理想化して取シ扱っているが、現実的
には実験的にめた常数Kを用いて、(4)式は次式のよ
うに変形できる。
ところで、従来の高勾配電磁分離装置においては、マト
リックスを構成している強磁性体の小球。
細線または異形粒子は分離容器の流体流入口から流体流
出口にわたって同一としであるのが常で、流体中に分散
してhる常磁性粒子の粒度の分布に幅があると、懸濁液
を流した後では圧力損失が大きくなシ、また、粒子の分
離除去率が低下した)するという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、分離すべき常磁性粒子の粒度の分布に幅があ
っても粒子の分離除去率を高めることができ、また、圧
力損失を低減して分離集積量を大きくすることができる
高勾配電磁分離装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、流体中に粒径分布に幅がある粒状物質が存在
する場合に、その粒状物質がマトリックスに吸引される
速度は、粒径の2乗に比例し、マトリックスの要素径に
反比例し、また、粒状物質がマトリックスに吸引、捕捉
される確率は、流体の速度が小さいほど大きく、また、
粒状物質の分離除去率はマトリックスの要素径が小さく
、充填層長さおよび充填率が大きいほど大きく、さらに
、マトリックスの充填層を流体が通過するときの圧力損
失は、流速が等しいときにはマトリックスの表面積と充
填率が大きいほど大きくなることに着目してなされたも
ので、マトリックスは、それを構成している強磁性の小
球、細線または異形粒子からなる要素の等価表面積径が
分離容器の流体流入側よシ流体流出側の方を小さくしで
あることを特徴としている。
〔発明の実施例〕
以下本発明を第1図に示した実施例を用いて詳細に説明
する。
第1図は本発明の高勾配電磁分離装置の一実施例を示す
構造説明図である。第1図において、lは、円筒状で両
端にそれぞれ流体流入口2と流体流出口3と堕する分離
容器で、分離容器1内には、強磁性材料の小球、a線ま
たは異形粒子(実施例では小球)からなるマトリックス
4が充填してあ)、小球の径は、分離容器lの流体流出
口3側のものが流体流入口2側のものよp小さくしてお
る。
5は分離容器lを取り囲んでいるコイルで、分離容器1
内のマトリックス4を磁化するための磁場を形成するも
のである。
コイル5に電流を流して磁場を形成している状態で、常
磁性の微粒子を含んだ流体を流体流入口2からマトリッ
クス4を充填した分離容器l内に導くと、流体中の微粒
子のうちの粒径の大きい粒子はど流入口2近くのマトリ
ックス4に付着する確率が大きく、流出口3近くの流体
中の微粒子は、粒径の小さいものが多くなる。そして流
出口3に達するまでにマトリックス4に付着しなかった
微粒子は流体中に残って流出口から流′出する。ところ
で、マトリックス4の流入口2に近い部分の表面には粒
径の大きい微粒子が選択的に付着するが、マ) IJラ
ックスの流入口2の近辺には径が大きい小球が充填しで
あるので、マトリックスの表面に粒子が付着して流路が
若干せばめられても流量を一定に保ったときの圧力損失
の増大を低減できる。
まだ、流出口3の近辺には径が小さい小球が充填しであ
るので粒径の小さい粒子の除去効率が高くなシ、シかも
、粒径の小さい粒子はマトリ、ツクス4に付着しても圧
力損失の増加にはあまり寄与しない。なお、磁場を一旦
消去し、マトリックス4中に洗浄水を流してマトリック
ス4に付着した微粒子を離脱させて洗浄水とともに除去
することによってマトリックス4を再生できる。
次に、具体的実験例と比較のための比較例について説明
する。
実験例1 試料として平均濃度lOg/lの金属クロム粉末の水懸
濁液を用い、高勾配電磁分離装置としては、断面積が3
3dの分離容器l内にマトリックス4として、流体の流
れに沿って前半の長さ50(7)の部分には直径4.6
鞄の7工ライト系ステンレス鋼球を充填し、後半の長さ
50crnの部分には直径2.1mのフェライト系ステ
ンレス鋼球を充填したものを用い、分離容器lを1.7
 Tealaの磁場の中に置き、上記試料をマトリック
ス4内を流速3、Qcc/s で通過させて実験した。
なお、金属クロム粉末の体積磁化率は3.5X10−’
(SI単位)であ)、粒径は1μから15μまで分布し
ておp1重量平均粒径は約7μである。
この場合、分離容器lに680tの試料を流した後では
、当初の圧力損失23 cm (水柱)が45cm(水
柱)に増加した。さらに340tの試料を流した後では
それが60 cm (水柱)に増加した。
この場合、マトリックス4には約1〜の金属クロム粉末
が付着し、分離後の水中のクロム濃度は0.03g/l
で、分離除去率は97チであった。
実験例2 実験例1において、マトリックス4として、流体の流れ
忙沿って前側の1/3の長さの部分には直径4.6 w
mの、中央部の1/3の長さの部分には直径3.2 m
の、後側の1/3の長さの部分には直径1.6 rtr
mのフェライト系ステンレス鋼球をそれぞれ充填したも
のを用込、その他の条件は、実験例1と同様として実験
した。
この場合、分離容器1に680tの試料を流した後では
、当初の圧力損失30crn(水柱)が45crn(水
柱)に増加し、さらに340tの試料を流した後ではそ
れが70cm(水柱)に増加した。そしてマトリックス
4には約I K9の金属クロム粉末が付着し、分離後の
水中のクロム濃度は0.02g/lで、分離除去率は9
8チであった。
比較例 実験例1において、マトリックス4としては、従来にな
らって流体の流れに沿って全長100霧にわたって直径
3.2 wmのフェライト系ステンレス鋼球を充填した
ものを用い、その鵜の条件は実験例1と同様として実験
した。
この場合は、分離容器lに680tの試料を流した後で
は、当初の圧力損失30crn(水柱)が90m(水柱
)に増加した。マトリックス4には約660g−の金属
クロム粉末が付着し、分離後の水中のクロム濃度はo、
oag/lで、分離除去率は97チであった。
なお、分離後の水中の金属クロム粒子の粒径分布は小粒
径側に変化し、重量平均粒径は約3μになり、この結果
7μ以上の粒子の除去効率は97チ以上であったが、3
μ以下の粒子の除去効率は80−以下であった。
以上の結果から、実験例1では、比較例と比較して分離
除去率が顕著に向上することはなかったが、比較例の1
.5倍の金属クロム粉末を付着させても、それKよる圧
力損失は明らかに低いという結果が得られた。また、実
験例2では、実験例1と比較して圧力損失がやや高くな
るという傾向が見られるが、比較例に比較すれば明らか
に低く、しかも、分離除去率は98チと顕著に向上し、
粒径2μ以下の微粒子の分離除去率が高まるという結果
が得られた。
要するに本発明の実施例によれば、マトリックス4の鋼
球径を流体の流れの方向に沿って小さくしであるので、
粒径の大きい粒子は流れの上流側で効果的に分離され、
粒径の小さい粒子は流れの下流側で効果的に分離され、
圧力損失を低減できるとともに、分離除去率を高めるこ
とができるという大きな効果がある。また、圧力損失の
低減により分離集積量を大きくすることができる。
なお、上記した実施例では、マトリックス4が小球の充
填体としであるが、細線または異形粒子(例えば、ソロ
パン球)の充填体であってもよく、の等価表面積径が流
入口2側では大きく、流出口3側では小さいものとする
ことによシ同一の効果を得ることができる。
また、マトリックス4の要素径の選択と構成割合とは、
分散系の物質と粒径分布とによって最適化をはかること
が望ましいことはいうまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、分離すべき常磁
性粒子の粒度の分布に幅があっても粒子の分離除去率を
高めることができ、また、圧力損失を低減できるので分
離集積量を大きくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の高勾配電磁分離装置の一実施例を示す
構造説明図である。 l・・・分離容器、2・・・流体流入口、3・・・流体
流出口、(ほか1名)゛ 第1国

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、分離容器内の流体の通路に配設した強磁性の小球、
    細線または異形粒子などの要素からなるマトリックスの
    表面に外部磁場の作用によって磁力線の勾配を作シ、前
    記流体中の常磁性粒子を前記マ) IJラックス表面に
    付着させて前記流体から分離させるようにしてなる高勾
    配電磁分離装置において、前記マトリックスは、前記要
    素の等価表面積径が前記分離容器の流体流入側より流体
    流出側の方を小さくしであることを特徴とする高勾配電
    磁分離装置。
JP1919484A 1984-02-03 1984-02-03 高勾配電磁分離装置 Pending JPS60166016A (ja)

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