Opis patentowy opublikowano: 31.12.1977 93326 MKP B03c 5 00 Int. Cl.2 B03C 5/00 LNIA r -:i •¦ ¦ *t lam) Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu: English Clays Lovering Pochin a. Company Li¬ mited, St. Austell (Wielka Brytania) Urzadzenie do oddzielania czastek magnetycznych z zawiesiny oraz sposób oddzielania czastek magnetycznych z zawiesiny Wynalazek dotyczy urzadzenia i sposobu oddzie¬ lania czastek magnetycznych z plynu, w którym tworza zawiesine.Znany jest sposób oddzielania czastek o róznych podatnosciach magnetycznych, zawartych w plynie, przez przepuszczenie plynu przez urzadzenie za¬ wierajace komore umieszczona w polu magnetycz¬ nym o wysokim natezeniu, wytworzonym na przy¬ klad pomiedzy biegunami silnego elektromagnesu lub wewnatrz rdzenia cylindrycznie nawinietej cewki elektromagnetycznej. Komora taka zawiera srodki do koncentracji strumienia, które na przy¬ klad moze tworzyc wypelnienie z materialu ferro¬ magnetycznego. Powyzsze urzadzenie jest znane jako mokry separator magnetyczny i jest przed¬ stawione w opisach patentowych USA nr 3 567 026 i 3 627 678.Sila wywierana na kuliste czastki z materialu magnetycznego w polu magnetycznym okreslona jest wzorem n D3 F = Xn HdH dx gdzie: Xm oznacza podatnosc magnetyczna mate¬ rialu, D — srednice czastki, H — natezenie pola magnetycznego oraz dH/dx jest szybkoscia zmiany natezenia pola magnetycznego wzgledem drogi.Na podstawie tego wzoru mozna zauwazyc, ze sila dzialajaca na czastke jest proporcjonalna nie ty4ko do natezenia pola magnetycznego, ale takze do szybkosci zmiany pola magnetycznego wzgle¬ dem drogi. Dlatego, w celu oddzielenia malych czastek materialu paramagnetycznego od materia¬ lu niemagnetycznego, konieczne jest stosowanie pola magnetycznego o wysokim natezeniu, szybko zmieniajacego sie wzgledem drogi, innymi slowy pola niejednorodnego.Dotychczas stosowane w mokrych separatorach magnetycznych srodki do koncentracji strumienia mialy ksztalt rozmieszczonych plyt o powierzch¬ niach tworzacych rowki, krawedzie lub faldy, ewentualnie wypelnienia z waty stalowej lub ple¬ cionej siatki z drutu, ewentualnie odrebnych czas¬ tek takich jak male kulki stalowe lub czastki o bardziej nieregularnym ksztalcie takie jak opilki stalowe.Urzadzenie do oddzielania czastek magnetycz¬ nych z plynu, w którym tworza zawiesine wedlug wynalazku zawiera komore oddzielania, zaopatrzo¬ na w dwa otwory, z których jeden stanowi wlot a drugi wylot dla plynu, material ferromagne¬ tyczny umieszczony wewnatrz tej komory pomie¬ dzy wlotem a wylotem, srodki do wytwarzania pola magnetycznego w obszarze komory i w ma¬ teriale ferromagnetycznym zawartym w komorze.Wprowadzany material ferromagnetyczny ma po¬ stac piano-podobna zawierajaca polaczone puste przestrzenie. 93 3263 Jest korzystne, kiedy piano-podobny material ferromagnetyczny przybiera postac trój-wymiaro¬ wej kratownicy lub sieci z materialu ferromag¬ netycznego posiadajacej lekka, komórkowa i za¬ sadniczo sztywna strukture. Odpowiedni piano-po¬ dobny material ferromagnetyczny moze byc wy¬ tworzony, na przyklad przez galwaniczne pokrycie piany z gumy lub tworzywa sztucznego materia¬ lem ferromagnetycznym i nastepnie usuniecie gu¬ my lub tworzywa sztucznego przez chemiczne roz¬ puszczanie lub spalanie, w celu uzyskania trój- -wymiarowej siatki przestrzennej posiadajacej du¬ za ilosc pustych przestrzeni.Korzystne jest, kiedy wzajemnie polaczone puste przestrzenie stanowia od okolo 60% do okolo 98% objetosci piano-podobnego materialu. Najbardziej korzystne jest, kiedy porowatosc piano-podobnego materialu ferromagnetycznego zawiera sie w gra¬ nicach od okolo 75% do okolo 97% objetosci.Dopiero taki material zapewnia dostateczna wy¬ trzymalosc i sztywnosc wraz z malym oporem przeplywu plynu przez piano-podobny material.Jednym z przykladów odpowiednieg piano-podob¬ nego materialu ferromagnetycznego, jest sprzeda¬ wany material o rejestrowanym znaku Handlo¬ wym RETIMET.Korzystnym materialem ferromagtycznym jest miekkie zelazo, niklowane miekkie zelazo, stop .zelazo-krzem, stop zelazo-nikiel-molibden, stop ze- lazo-kobalt lub kobalt. Takze i inne materialy ferromagnetyczne moga byc stosowane jak na przyklad nikiel, stop nikiel-chrom lub stal nie¬ rdzewna.Korzystne jest uformowanie piano-podobnego materialu ferromagnetycznego w postaci wypel¬ nienia skladajacego sie z duzej ilosci odrebnych elementów z piano-podobnego materialu. Na przy¬ klad, jezeli komora ma ksztalt cylindryczny, ko¬ rzystne jest uformowanie piano-podobnego mate¬ rialu ferromagnetycznego w postaci duzej ilosci elementów z materialu piano-podobnego, w ksztal¬ cie krazka. Takie ustawienie ulatwia oczyszczanie lub wymiane dowolnej czesci wypelnienia, która moze zostac zablokowana przez czastki.Korzystne jest kiedy komora zawierajaca pia¬ no-podobny material ferromagnetyczny wykonana jest z materialu niemagnetycznego.Sposób oddzielania czastek magnetycznych z ply¬ nu, w którym sa zawarte, polega na tym, ze co najmniej jednokrotnie przepuszcza sie plyn po¬ przez piano-podobny material ferromagnetyczny z liniowa predkoscia przeplywu od okolo 1 cm na minute do okolo 250 cm na minute. Jednoczesnie utrzymuje sie piano-podobny material ferromag¬ netyczny w polu magnetycznym o wysokim nate¬ zeniu, przepuszcza sie plyn nie zawierajacy czas¬ tek magnetycznych poprzez piano-podobny mate¬ rial ferromagnetyczny i jednoczesnie utrzymuje sie wciaz pole magnetyczne. Nastepnie odmagnesowu- je sie piano-podobny material ferromagtyczny i przepuszcza sie plyn nie zawierajacy czastek mag¬ netycznych poprzez odmagnesowany piano-podobny material ferromagnetyczny, w celu wyplukania czastek magnetycznych z piano-podobnego mate¬ rialu ferromagnetycznego. 326 4 Piano-podobny material feromagnetyczny uzy- . wany w niniejszym wynalazku umozliwia ustano¬ wienie wewnatrz komory pola magnetycznego, bardziej intensywnego i bardziej niejednorodnego _ przy tej samej opornosci przeplywu co przy zna- nych materialach ferromagnetycznych. Innymi slo¬ wy plyn przeplywajacy poprzez piano-podobny material ferromagnetyczny przechodzi przez duza ilosc obszarów o wysokim natezeniu pola magne¬ tycznego, nie doswiadczajac niepozadanego oporu przeplywu. Piano-podobny material ferromagne¬ tyczny jest latwo oczyszczalny na miejscu, w ko¬ morze, ale moze byc takze latwo usuniety z komo¬ ry dla kontroli lub obslugi. Posiada on dosta¬ teczna wytrzymalosc i sztywnosc do utrzymania pozadanej porowatosci w czasie uzytkowania.W celu uzyskania w obszarze komory pola mag¬ netycznego o wysokim natezeniu, komore umiesz¬ cza sie pomiedzy nabiegunnikami silnego elektro- magnesu. Komora moze byc takze umieszczona wewnatrz otworu rdzenia cylindrycznie nawinietej cewki elektromagnetycznej. W tym ostatnim przy¬ padku korzystna jest komora cylindryczna, a cew¬ ka jest wówczas umieszczona w odpowiednim wglebieniu korpusu dla strumienia powrotnego z materialu ferromagnetycznego, który otacza cew¬ ke elektromagnetyczna i komore. Korzystne, wy¬ sokie natezenie pola magnetycznego wynosi co najmniej 5.000 gaussów, a najbardziej korzystne co najmniej 15.000 gaussów. Wysokie natezenia pola rzedu 30.000 gaussów lub wiecej uzyskuje sie latwo przez uzycie elektromagnesów pracujacych w stanie nadprzewodnictwa.Piano-podobny material ferromagnetyczny sto¬ sowany w rozwiazaniu wedlug wynalazku posiada taka zalete, ze rozmiar i ksztalt pustych przestrze¬ ni pozostaje staly podczas uzytkowania. Zaleta jest takze to, ze wewnatrz materialu znajduje sie duza ilosc obszarów o wysokim natezeniu pola magnetycznego przedzielonych obszarami o niskim 40 natezeniu pola magnetycznego, otrzymuje sie dzie¬ ki temu bardzo niejednorodne pole magnetyczne.Korzystny sposób postepowania wedlug wyna¬ lazku wykorzystujacego urzadzenie wedlug wyna¬ lazku obejmuje nastepujace etapy: 45 I. W obszarze komory oddzielania i piano-po¬ dobnego materialu ferromagnetycznego wzbudzone jest pole magnetyczne, a przez komore, od jej wlotu do wylotu przepuszczany jest plyn zawiera¬ jacy czastki magnetyczne, z liniowa predkoscia 50 przeplywu rzedu od okolo 1 cm/min. do okolo 250 cm/min. Korzystna predkosc liniowego prze¬ plywu wynosi co najmniej 15 cm/min. Czastki magnetyczne zawarte w plynie przyciagane sa do scianek pianopodobnego materialu ferromagnetycz- 55 nego. Przeplyw plynu zawierajacego czastki mag¬ netyczne jest kontynuowany do chwili, gdy za¬ trzymane w piano-podobnym materiale czastki magnetyczne spowoduja wzrost oporu przeplywu i zmniejszenie sie predkosci przeplywu ponizej 60 dopuszczalnego poziomu, lub do chwili gdy pro¬ porcja czastek magnetycznych w plynie opuszcza¬ jacym komore wzrosnie do niedopuszczalnego po¬ ziomu.II. Kiedy przeplyw plynu zawierajacego czastki magnetyczne zostanie wstrzymany z przyczyn po-93 326 wyzej opisanych, przez komore i przez piano-po- dobny material przepuszczany jest czysty plyn splukujacy, w celu usuniecia zatrzymanych me¬ chanicznie czastek niemagnetycznych i lekko trzy¬ manych czastek magnetycznych. Przeplyw czystego plynu splukujacego moze odbywac sie w tym samym lub w przeciwnym kierunku do przeplywu zasilajacego plynu, zawierajacego czastki magne¬ tyczne.III. Po zakonczeniu etapu II piano-podobny ma¬ terial ferromagnetyczny jest zasadniczo odmagne- sowywany, na przyklad przez przerwanie pradu elektromagnesu lub bardziej korzystnie za pomoca cewki zasilanej pradem przemiennym stopniowo redukowanym do zera, a przez komore i przez piano-podobny material przepuszczany jest czysty plyn, w celu usuniecia czastek magnetycznych zatrzymanych przez piane.IV. Czastki magnetyczne usuniete z materialu piany podczas etapu III zatrzymywane sa jako frakcja „magnetyczna", podczas gdy czastki usu¬ niete w czasie etapu II moga byc równiez za¬ trzymane jako frakcja „srednia".Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, który przed¬ stawia komore oddzielania 1 wykonana z mate¬ rialu niemagnetycznego posiadajaca otwór wloto¬ wy 2 i otwór wylotowy 3, do dostarczania plynu zawierajacego czastki magnetyczne, tworzace za¬ wiesine.Kierunek przeplywu dostarczanego plynu moze byc równiez przeciwny tak, ze otwór 2 bedzie wylotem, a otwór 3 wlotem. Komora 1 wypelniona jest duza iloscia wkladek lub elementów 4 w ksztalcie krazka, wykonanych z piano-podobnego materialu ferromagnetycznego. Elektromagnetyczna cewka 5 otacza komore 1 i jest umieszczona we wglebieniu w ferromagnetycznym korpusie dla strumienia powrotnego, który posiada pierscienio¬ wy czlon 6, górny czlon 7 i dolny czlon 3. Górny czlon 7 moze byc usuwany, w celu umozliwienia dostepu do komory i jej wypelnienia.Przedmiot wynalazku objasniony jest za pomoca nastepujacych przykladów, w których uzywane bylo urzadzenie opisane powyzej.Przyklad I. Odklaczkowana zawiesina wodna kaolinu z Washington County, Georgia, USA ma¬ jaca rozklad rozmiarów czastek taki, ze 8% wagi zawiera czastki o równowaznej srednicy kulistej wiekszej od 10 mikronów, 58% wagi zawiera czastki o równowaznej srednicy kulistej mniejszej od 2 mikronów oraz majaca poczatkowa zawartosc dwutlenku tytanu w ilosci 1,39% wagi, zostala poddana oddzielaniu magnetycznemu w urzadze¬ niu podobnym do pokazanego na zalaczonym ry¬ sunku.Zawartosc skladników stalych w zawiesinie wod¬ nej wynosila 31% wagi. Komora oddzielania mag¬ netycznego 1 zostala wypelniona przez dwadziescia tr$y wkladki 4 z piany niklowej, kazda wkladka posiada grubosc 13 mm, srednice 38,5 mm, po¬ wierzchnie wlasciwa 5600 m2/m3 i 95,5% pustej przestrzeni.W pierwszym przebiegu, próbka zawiesiny kaoli¬ nu przeplywala przez komore oddzielania magne¬ tycznego 1 z szybkoscia 220 ml/min. (odpowiada¬ jaca liniowej szybkosci przeplywu 19,8 cm/min) przez trzy minuty, przy jednoczesnym utrzymy¬ waniu w obszarze komory, pola magnetycznego o natezeniu 15.000 gaussów. Czastki magnetyczne zatrzymywane byly we wkladkach 4, a zawiesina wychodzaca z komory oddzielania magnetycznego 1 byla zbierana jako produkt koncowy.Przy utrzymywanym wciaz polu magnetycznym, wkladki 4 przeplukiwane byly czysta woda przez dwie minuty, w celu usuniecia mechanicznie za¬ trzymanych czastek niemagnetycznych i slabo u- trzymywanych czastek magnetycznych.Nastepnie przeplyw pradu zasilajacego elektro- magnes zostal przerwany, a wkladki 4 byly prze¬ plukiwane woda pod cisnieniem przez piec minut, w celu usuniecia zatrzymanych czastek magne¬ tycznych.W drugim przebiegu zachowane byly te same parametry co w pierwszym przebiegu, z wyjat¬ kiem tego, ze zawiesina kaolinu przeplywala przez komore oddzielania magnetycznego z szybkoscia przeplywu 310 ml/min, odpowiadajaca liniowej szybkosci przeplywu 27,7 mm/min.Procentowa zawartosc dwutlenku tytanu w pro¬ dukcie koncowym w stosunku do wagi, dla kaz¬ dego z dwu przebiegów zostala okreslona, a wy¬ niki umieszczone sa w tabeli I. 40 45 50 55 Tabela I Kaolin wejsciowy Produkt koncowy pierwszego przebiegu Produkt koncowy drugiego przebiegu Szybkosc zasilania ml/min — 220 310 % wagi Ti02 1,39 1,07 1,20 | 65 Przyklad II. Odklaczkowana zawiesina wod¬ na tego samego kaolinu co w przykladzie I pod¬ dana zostala oddzielaniu magnetycznemu w urza¬ dzeniu podobnym do pokazanego na zalaczonym rysunku. Zawartosc skladników stalych w zawie¬ sinie wynosila 31% wagi. Komora oddzielania magnetycznego zostala wypelniona przez dwadzies¬ cia trzy wkladki 4 z piany niklowej, kazda wklad¬ ka posiada grubosc 13 mm, srednice 38,5 mm, po¬ wierzchnie wlasciwa 5600 m2/m8 i 95,5% pustej przestrzeni.W pierwszym przebiegu, próbka zawiesiny kaoli¬ nu przeplywala przez komore oddzielania magne¬ tycznego z szybkoscia 220 ml/min (odpowiadajaca liniowej szybkosci przeplywu 19,8 cm/min) przez trzy minuty, przy jednoczesnym utrzymywaniu w obszarze komory, pola magnetycznego o nate¬ zeniu 15.000 gaussów. Czastki magnetyczne za¬ trzymywane byly we wkladkach 4, a zawiesina wychodzaca z komory oddzielania magnetycznego byla zbierana jako produkt koncowy.Przy utrzymywanym wciaz polu magnetycznym, wkladki 4 przeplukiwane byly czysta woda przez cztery minuty w celu usuniecia mechanicznie za-93 326 trzymywanych czastek niemagnetycznych i slabo utrzymywanych czastek magnetycznych.Nastepnie przeplyw pradu zasilajacego elektro¬ magnes zostal przerwany, a wkladki 4 byly prze¬ plukiwane woda pod cisnieniem przez piec minut, w celu usuniecia zatrzymanych czastek magne¬ tycznych.W drugim przebiegu zachowane byly te same parametry co w pierwszym przebiegu, z wyjat¬ kiem tego, ze zawiesina kaolinu przeplywala przez komore oddzielania magnetycznego przez siedem minut.Procentowa zawartosc dwutlenku wegla w pro¬ dukcie koncowym w stosunku do wagi dla kaz¬ dego z dwu przebiegów zostala okreslona, a wy¬ niki umieszczone sa w tabeli II.Tabela II Kaolin wejsciowy Produkt koncowy oierwszego przebiegu Produkt koncowy i irugiego przebiegu Czas zasilania w minutach — 3 7 % wagi Ti02 1,39 1,14 1,21 Przyklad III. Próbka kaolinu z Washington County, Georgia majaca rozklad rozmiarów czastek taki, ze 8% wagowo zawiera czastki o równowaz¬ nej srednicy kulistej wiekszej od 10 mikronów, 58% wagowo zawiera czastki o równowaznej sred¬ nicy kulistej mniejszej od 2 mikronów oraz ma¬ jaca poczatkowa zawartosc dwutlenku tytanu w ilosci 1,62%, zostala rozpuszczona w wodzie za¬ wierajacej 0,066% wagowo srodka rozpraszajacego, Wyniki umieszczone sa w tabeli III. którym jest poliakrylan sodu i 0,089% wagowo krzemianu sodu, przewazajacego w wadze suchego kaolinu. Liczba pH zawiesiny ustalona zostala amoniakiem do wielkosci 9,5, a zawartosc sklad¬ ników stalych ustalona na 29% wagowo.Zawiesina przeplywala przez komore oddzielania magnetycznego 1 z szybkoscia 250 ml/min (odpo¬ wiadajaca liniowej szybkosci przeplywu 22,4 mm/ /min), wypelniona przez dwadziescia trzy wkladki z tej samej piany niklowej, opisanej w przykla¬ dzie I i II, przy jednoczesnym utrzymywaniu w obszarze komory, pola magnetycznego o natezeniu .000 gaussów. Czastki magnetyczne zatrzymy¬ wane byly we wkladkach 4, a zawiesina wycho¬ dzaca z komory oddzielania magnetycznego byla zbierana jako produkt koncowy.Przy utrzymywanym wciaz polu magnetycznym, wkladki 4 przeplukiwane byly czysta woda w celu usuniecia mechanicznie zatrzymanych czastek nie¬ magnetycznych i slabo utrzymywanych czastek magnetycznych.Nastepnie przeplyw pradu zasilajacego elektro¬ magnes zostal przerwany, a wkladki 4 byly prze¬ plukiwane woda pod cisnieniem w celu usuniecia zatrzymanych czastek magnetycznych.Produkt koncowy z pierwszego przebiegu zostal nastepnie jeszcze raz przepuszczony przez komore oddzielania magnetycznego 1 z szybkoscia prze¬ plywu 250 ml/min (odpowiadajacy liniowej szyb¬ kosci przeplywu 22,4 mm/min), zostal wiec wyko¬ nany drugi przebieg identyczny jak pierwszy, W ten sam sposób wykonano trzy dalsze prze¬ biegi dokonujac w sumie piec przebiegów.Dla próbek produktu koncowego z kazdego prze¬ biegu wykonane zostaly pomiary „jasnosci" (to jest procentowego odbicia swiatla o dlugosci fali 458 mm) i „jasnosci oddzielenia" (jasnosc po od- bieleniu za pomoca dwutionianu sodu) oraz za¬ wartosci w procentach wagowo, Ti02 i Fe20s.Tabela III Próbka Zasilania Przebiegu Nr 1 Przebiegu Nr 2 Przebiegu Nr 3 Przebiegu Nr 4 Przegiegu Nr 5 Jasnosc 83,8 85,1 86,2 86,7 87,3 88,0 Jasnosc odbielenia 87,0 87,1 87,8 88,2 88,5 89,0 % wagi | Ti02 1,62 1,20 0,94 0,87 0,89 0,89 Fe203 0,33 0,32 0,30 0,27 0,26 0,26 PL