WO2010031613A1

WO2010031613A1 - Trenneinrichtung zum trennen eines gemischs von in einer suspension enthaltenen magnetisierbaren und unmagnetisierbaren teilchen, die in einem trennkanal geführt werden

Info

Publication number: WO2010031613A1
Application number: PCT/EP2009/059250
Authority: WO
Inventors: Günter RIES
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2010-03-25
Also published as: AU2009294828B2; PE20110529A1; ZA201101342B; DE102008047852B4; CA2737503A1; US8684185B2; DE102008047852A1; CA2737503C; US20110168607A1; AU2009294828A1

Abstract

Trenneinrichtung (1, 1', 1' ', 1' ' ') zum Trennen eines Gemischs von in einer in einem Trennkanal (4) geführten Suspension enthaltenen magnetisierbaren und unmagnetisierbaren Teilchen (31, 41), umfassend ein zur einen Seite des Trennkanals (4) angeordnetes geblechtes ferromagnetisches Joch (3) mit wenigstens einem Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Ablenkfeldes sowie ein am Ausgang des Trennkanals (4) angeordnetes Trennelement (10) zum Abtrennen der magnetischen Teilchen (31), wobei als Magnetfelderzeugungsmittel eine Spulenanordnung (8) umfassend in Nuten (6) des Jochs (3) entlang des Trennkanals (4) über eine Steuereinrichtung (14) derart ansteuerbare Spulen (7) vorgesehen ist, dass ein im Wesentlichen zu dem Joch (3) hin ablenkendes, zeitlich veränderliches Ablenkmagnetfeld, insbesondere eine Wanderwelle, mit die gesamte Länge des Trennkanals (4) überstreichenden im Wesentlichen feldfreien Bereichen (30) entsteht.

Description

TRENNEINRICHTUNG ZUM TRENNEN EINES GEMISCHS VON IN EINER SUSPENSION ENTHALTENEN MAGNETISIERBAREN UND UNMAGNETISIERBAREN TEILCHEN, DIE IN EINEM TRENNKANAL GEFÜHRT WERDEN

Die Erfindung betrifft ein Trenneinrichtung zum Trennen eines Gemischs von in einer in einem Trennkanal geführten Suspension enthaltenen magnetisierbaren und unmagnetisierbaren Teilchen, umfassend ein zur einen Seite des Trennkanals angeordnetes geblechtes ferromagnetisches Joch, insbesondere aus Eisen, mit wenigstens einem Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Ablenkfeldes sowie ein am Ausgang des Trennkanals angeordnetes Trennelement zum Abtrennen der magnetischen Teilchen.

Zur Trennung eines solchen Gemischs von magnetisierbaren und unmagnetisierbaren Teilchen sind im Stand der Technik bereits einige Verfahren bekannt, die hier kurz dargestellt werden sollen. Grundsätzlich basieren solche Verfahren auf der magnetischen Kraft, die auf magnetisierbare Teilchen wirkt, wenn ein Magnetfeldgradient vorliegt.

Zum einen sind diskontinuierliche Verfahren bekannt, bei de- nen magnetisierbare Abscheidekörper wie Eisendrähte bzw.

-fasern oder Eisenplatten mit Oberflächenstrukturen wie Rillen, Noppen etc. in einem äußeren Magnetfeld einen starken Feldgradienten in ihrer Umgebung erzeugen, der in einer Abscheidephase die magnetischen Teilchen einer vorbeiströmenden Suspension (Aufschwemmung) festhält. In einer zweiten Phase wird der so angereicherte magnetische Anteil in einem folgenden Spülschritt bei ausgeschaltetem Magnetfeld ausgeschwemmt. Dieses Verfahren ist nachteilhafterweise diskontinuierlich und benötigt den Spülschritt.

Kontinuierliche Verfahren sind letztlich nur unter Verwendung nachteiliger mechanisch bewegter Teile, insbesondere auch für größere magnetisierbare Partikel, bekannt, worin beispiels- weise ein Magnet einen Magnetfeldgradienten an einer Oberfläche eines drehenden Hohlzylinders, einer Scheibe oder eines Förderbandes erzeugt. Durch die Bewegung wandert die Oberfläche aus dem Magnetfeld heraus, so dass dann der magnetisier- bare Anteil abfällt oder abgestreift wird. Ein Beispiel hierfür ist Eisenabtrennung aus Müll. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren sind die geringen zulässigen Abstände zwischen dem Magneten und der Abscheidefläche.

Kürzlich wurde vorgeschlagen, durch ein ebenes oder zylindrisches Magnetfelderzeugungsmittel ein Gradientenfeld, das mag- netisierbare Teilchen zu zumindest einer Oberfläche eines Trennkanals ablenkt, zu verwenden, so dass magnetisierbare Teilchen in einer parallel zu dem Magnetfelderzeugungsmittel in dem Trennkanal fließenden Suspension angezogen werden und eine Bahn näher zum Magnetfelderzeugungsmittel beschreiben. Am Ausgang soll dann ein getrennter unmagnetischer und magnetischer Stoffstrom durch Blenden austreten. Dieser Ansatz ist jedoch in mehrfacher Hinsicht nachteilbehaftet. Denn Magnet- feld und somit auch Magnetkraft werden in Richtung des Felderzeugungsmittels naturbedingt größer, so dass magnetfelder- zeugungsmittelferne Teilchen wenig abgelenkt werden, magnet- felderzeugungsmittelnahe Teilchen jedoch an der Oberfläche auch gegen die hydrodynamischen Kräfte der Strömung magne- tisch festgehalten werden. Die Trennwirkung nimmt damit ab, zum anderen muss nach Abschalten des Magnetfeldes auch hier ein Spülschritt zum Ausbringen des magnetischen Anteils genutzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trenneinrichtung anzugeben, mit der ein kontinuierlicher und effektiver Trennvorgang von in einer Suspension durch einen Trennkanal geführten magnetisierbaren und unmagnetisierbaren Teilchen ermöglicht wird.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Trenneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass als Magnetfelderzeugungsmittel eine Spulenanordnung umfassend in Nuten entlang des Trennkanals insbesondere äquidistant angeordnete, über eine Steuereinrichtung derart ansteuerbare Spulen vorgesehen ist, dass ein im Wesentlichen zu dem Joch hin ablenkendes, zeitlich veränderliches Ablenkmagnetfeld, insbe- sondere eine Wanderwelle, mit die gesamte Länge des Trennkanals überstreichenden im Wesentlichen feldfreien Bereichen entsteht .

Im Gegensatz zum Stand der Technik, der ein konstantes Mag- netfeld oder zumindest (wie dies bei Wechselstrom auftritt) eine konstante Kraftverteilung in Richtung des Magnetfelderzeugungsmittels nutzt, so dass ein Spülschritt erforderlich ist, schlägt die vorliegende Erfindung nun vor, das Ablenkmagnetfeld zeitlich veränderlich derart zu gestalten, dass im Wesentlichen (abgesehen von Streufeldern kleinen Betrags) feldfreie Bereiche, in denen dann folglich auch kein eine Kraft bedingender Magnetfeldgradient existiert, erzeugt werden. Diese Feldlücken wandern entlang des gesamten Trennkanals mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit vorzugsweise in derselben Richtung wie die Strömung der zu trennenden Suspension. Das hat den Vorteil, dass ein magnetisches Teilchen, welches an der zu dem Joch hin gerichteten Seitenwand des Trennkanals durch das Ablenkmagnetfeld anhaftet, zu einem bestimmten Zeitpunkt, wenn der im Wesentlichen feldfreie Be- reich seine Position durchläuft, kurzzeitig kein Feld mehr spürt, sich von der Seitenwand des Trennkanals wieder lösen kann und durch die hydrodynamischen Kräfte weitertransportiert wird. So wird durch die vorliegende Erfindung sichergestellt, dass es nicht zu Ablagerungen von magnetisierbaren Teilchen auf der dem Joch zugewandten Seite des Trennkanals kommt, da sich die Teilchen in den feldfreien Bereichen wieder lösen können. Es besteht jedoch keine Gefahr, dass das magnetisierbare Teilchen, welches sich gerade gelöst hat, wieder zu weit von dem Joch abdriftet, da der feldfreie Be- reich weiterwandert und somit das Teilchen bald wieder eine ablenkende Kraft aufgrund des Ablenkmagnetfeldes in Richtung des Joches verspürt. Es ist somit in einem kontinuierlichen Betrieb möglich, den nachteilhaften Spülschritt des Standes der Technik zu vermeiden und eine kontinuierliche Trennung von in der Suspension befindlichen magnetisierbaren und un- magnetisierbaren Teilchen zu erreichen, was durch das Trennelement geschieht, welches die nahe dem Joch transportierte magnetische Fraktion abtrennt. Damit ist auch eine hohe Zeitersparnis verbunden, da die Trenneinrichtung dauerhaft mit der Suspension beschickt werden kann, zum anderen entfällt auch Aufwand, beispielsweise das Durchführen des Spülschritts und die dafür notwendige Zuleitung einer nicht mit Teilchen versetzten Trägerflüssigkeit etc.

Erreicht wird eine solche Ausgestaltung des zeitlich veränderten Ablenkmagnetfelds durch eine Spulenanordnung, die in Nuten entlang des Trennkanals insbesondere äquidistant ange- ordnete Spulen umfasst. Diese Spulen werden durch eine Steuereinrichtung angesteuert. Dabei werden sie zur Erzeugung des entsprechenden Ablenkmagnetfelds mit den im Wesentlichen feldfreien Bereichen zeitabhängig unterschiedlich bestromt, wobei insbesondere die Spulen, bei denen ein im Wesentlichen feldfreier Bereich erzeugt werden soll, stromlos gestellt werden können.

In konkreter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann daher vorgesehen sein, dass jeweils eine bestimmte Spulen- zahl, beispielsweise 12, entlang des Trennkanals aufeinanderfolgender Spulen zu einer Periodengruppe zusammengefasst sind, wobei die Spulen einer Gruppe jeweils einen der Spulenzahl entsprechenden Anteil der Periodendauer eines Wechselstromprofils versetzt mit dem wenigstens einen stromlosen Zeitabschnitt aufweisenden Wechselstromprofil ansteuerbar sind. Dabei erweist es sich für die Verschaltung als besonders vorteilhaft, wenn eine ganzzahlige Menge von Periodengruppen über die Länge des Trennkanals vorgesehen ist. Für die Ansteuerung der Spulen ist demnach, insbesondere inner- halb der Steuereinrichtung abgelegt, ein Wechselstromprofil vorgesehen, welches wenigstens einen stromlosen Zeitabschnitt aufweist. Dieses Wechselstromprofil mit dem stromlosen Zeitabschnitt hat eine bestimmte Periodendauer. Danach wird es wiederholt. Die Steuereinrichtung steuert nun die Spulen der Spulenanordnung so an, dass sie jeweils um einen der Spulenzahl entsprechenden Anteil der Periodendauer des Wechselstromprofils versetzt arbeiten, das bedeutet für eine Spulen- zahl von 12 beispielsweise, dass jede aufeinanderfolgende Spule um 1/12 der Periodendauer versetzt angesteuert wird. Zwischen zwei gleichbestromten Spulen liegen somit in diesem Beispielsfall immer 11 versetzt angesteuerte Spulen.

In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung kann das Stromprofil jeweils zwei Halbwellen einer Länge von einer viertel Periodendauer unterbrochen durch zwei stromlose Zeitabschnitte einer Länge von jeweils einer viertel Periodendauer aufweisen. Ein solches Wechselstromprofil ist leicht zu erzeugen, wobei die Halbwelle eine Sinushalbwelle oder eine Trapezhalbwelle oder eine Dreieckshalbwelle sein kann. Es erfolgt also keine übliche Wechselstromansteuerung, sondern es existieren jeweils, wenn der Strom ohnehin einen Wert von 0 erreichen würde, stromlose Zeitabschnitte, die die gleiche Länge wie die entsprechenden Halbwellen haben. Auf diese Weise wird eine Wanderwelle mit Lücken ausgebildet, wobei bei der Verwendung von 12 Spulen in einer Periodengruppe dann immer zweimal drei aufeinander folgende Spulen zu einem bestimmten Zeitpunkt unbestromt sind. Zusätzlich zu dem erfindungsgemäß wesentlichen Effekt, dass beim Durchlaufen der Wanderwelle sich in dem im Wesentlichen feldfreien Bereich die abgeschiedenen Teilchen wieder lösen können und von den hydrodynamischen Kräften der Suspensionsströmung ein Stück weitertransportiert werden, kommt bei dieser Ausgestaltung unterstützend hinzu, dass beidseitig der durch das Maximum der Halbwelle bestimmten Ablenkfeldmaxima Feldgradienten praktisch parallel zu der Trennkanalwand existieren, wo die Teilchen eine Kraft gegen oder in Richtung zum Trennelement erfahren. Letztere unterstützen den Transport des magnetischen Anteils entlang der Wand des Trennkanals in Richtung Ausgang ohne erneute

Vermischung mit dem Volumen der Suspension. Die Richtung des Ablenkmagnetfeldes dreht sich zudem an einer Position beim Durchlauf der Wanderwelle. Auf die magnetischen Teilchen wird somit ein Drehmoment ausgeübt, so dass sich auch die magnetischen Teilchen drehen. Dies erleichtert das erneute Lösen der abgeschiedenen Teilchen in dem im Wesentlichen feldfreien Bereich und wirkt der Fixierung und Agglomeration zu größeren Teilchen entgegen.

Zur möglichst einfachen Ansteuerung der Spulenanordnung durch die Steuereinrichtung bei Verwendung eines Wechselstromprofils kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung einen insbesondere frequenzvariablen, auch zur Phasenverschiebung ausgebildeten Umrichter mit der Hälfte der Spulenzahl an Ausgängen umfasst. Geeignete Umrichter sind bekannt, wobei beispielsweise bei 12 Spulen pro Periodengruppe ein frequenzvariabler Umrichter mit 6 Ausgängen Verwendung finden kann. Dieser kann beispielsweise aus zwei herkömmlichen 3-Phasen-

Umrichtern mit entsprechend angepasster Ansteuerung der Wechselrichterbrücken bestehen.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass um jeweils die Hälfte der Spulenzahl beabstandete Spulen derart elektrisch verbunden sind, dass jeweils jede zweite der miteinander verbundenen Spulen in umgekehrter Richtung bestrombar ist, wobei die Spulenanordnung über Anschlüsse, deren Anzahl der Hälfte der Spulenzahl entspricht, angesteuert wird. So werden gleich positionierte Spulen aufeinander folgender Periodengruppen vom selben Strom durchflössen. Ebenso wiederholt sich wie das Muster des Ablenkfeldes auch das Strommuster nach jeweils einer halben Periodenlänge, jedoch mit umgekehrter Stromrichtung. Bei beispiels- weise 12 Spulen pro Periodizitätsgruppe wird dazu jede sechste Spule elektrisch in Serie geschaltet, wobei die Stromrichtung sich jeweils umkehrt. Es bilden sich auf diese Weise sechs einzeln angesteuerte Spulengruppen. Damit wird eine aus der Wickeltechnik von Drehstrommotoren und -Generatoren be- kannte Stromverteilung entlang des Spulenstapels erreicht, die das gewünschte Wanderfeld erzeugt. Die Ausgänge der letzten 6 Spulen sind alle elektrisch in einem „Sternpunkt" verbunden. In der Drehstromtechnik ist diese Schaltung als Sternschaltung bekannt, es ist aber auch die bekannte Dreieckschaltung möglich.

Zur allgemeinen geometrischen Ausgestaltung der Trenneinrich- tung sind erfindungsgemäß im Wesentlichen zwei Ausführungsformen vorgesehen, nämlich eine zylindrische und eine ebene Ausbildung. Dabei kann gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung vorgesehen sein, dass in einem zylindrischen das Joch durchsetzenden Hohlraum ein zy- lindrischer, koaxialer Verdrängungskörper zur Bildung des

Trennkanals angeordnet ist. Alternativ hierzu kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass in einem zylindrischen, einen Außenkörper durchsetzenden Hohlraum das zylindrische, koaxiale Joch zur Bildung des Trennkanals angeordnet ist. Es sind also Ausgestaltungen denkbar, in denen das Joch innen oder außen den im Querschnitt ringförmigen Trennkanal begrenzt. Besonders vorteilhaft erweist sich jedoch eine Ausführungsform mit einem innen angeordneten Joch, wenn eine Einrichtung zur Erzeugung einer tangentialen Kreisströmung, insbesondere schräggestellte Einlassdüsen und/oder ein Rührwerk und/oder insbesondere innerhalb des Trennkanals angeordnete schräggestellte Blenden, vorgesehen ist. Dann wird eine Kreisströmung erzeugt, so dass die Zentrifugalkräfte die nichtmagnetischen Teilchen zur Außenwand des Außenkörpers hin bewegen, wobei auf die magnetisierbaren Teilchen die nach innen wirkende Kraft des Ablenkmagnetfeldes überwiegt. Auf diese Weise wird eine bessere Trennung und eine größere Reinheit der Endprodukte erreicht. Allgemein ist es bei einer zylindrischen Ausführungsform sinnvoll, wenn die Spulen als ring- förmige, umlaufende Solenoidspulen ausgebildet sind.

In einer zweiten, ebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung kann vorgesehen sein, dass der im Wesentlichen rechteckige Trennkanal auf einer Seite von dem eine ebene Fläche aufweisenden Joch begrenzt wird. Es sei jedoch an dieser Stelle angemerkt, dass grundsätzlich alle geometrisch sinnvollen Ausgestaltungen und Formgebungen für den Trennkanal und das Joch verwendet werden können. Bei einer Ausgestaltung mit rechteckigem Trennkanal und dem an einer Seite angrenzenden Joch können insbesondere sogenannte Rennbahnspulen verwendet werden, wobei im Gegensatz zu der zylindrischen Ausführungsform die Windungen nicht komplett ent- lang des Trennkanals verlaufen, sondern in Wickelköpfen entlang der dem Trennkanal abgewandten Seite des Jochs. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, dass bei einem als obere Begrenzung des Trennkanals dienenden Joch der Trennkanal in Durchflussrichtung insbeson- dere um 10° - 90° gegenüber der Senkrechten geneigt ausgeführt ist. Durch die Schrägstellung mit dem nach oben weisenden Magnetsystem wird vorteilhaft die Schwerkraft zu einer Verbesserung der Trennwirkung ausgenutzt. Denn die nichtmag- netisierbaren Teilchen sinken durch die Schwerkraft auf die niedrigere Seite des Trennkanals, während die magnetisierba- ren Teilchen durch das Ablenkmagnetfeld nach oben gezogen werden .

Zweckmäßig ist allgemein, wenn eine die Nuten zum Trennkanal hin abdeckende Schutzwand vorgesehen ist, so dass die Suspension nicht in die Nuten und zu den Spulen vordringt. Die Schutzwand, die mit anderen den Trennkanal bildenden Wänden verbunden sein kann, bildet somit die zum Joch gerichtete Abscheidefläche, in deren Richtung die ablenkende Kraft wirkt.

Als Trennelement kann eine Blende verwendet werden, die den auf der zum Joch hin gewandten Seite geführten Strom magneti- sierbarer Teilchen von dem der nichtmagnetisierbaren Teilchen trennt .

Die konkrete Größe und Ausgestaltung der Trenneinrichtung richtet sich letztlich nach den Parametern, die ihre Leistung bestimmen sollen, hauptsächlich also nach dem Durchsatz, der erzielt werden soll. Allgemein kann jedoch angemerkt, werden, dass die Trennkanalbreite kleiner oder ähnlich als die Reichweite des Ablenkmagnetfelds sein sollte, wobei das Ablenkmagnetfeld beispielsweise im Fall einer Wanderwelle exponentiell abfällt, so dass dann die Trennkanalbreite kleiner oder ähnlich der Verfallslänge sein sollte.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,

Fig. 2 das Stromprofil und die versetzte Ansteuerung zeigende Graphen,

Fig. 3 eine Skizze zur Visualisierung des Wanderfeldes und der Kraftrichtungen,

Fig. 4 Graphen zum Verlauf des Feldes und der Kraftkomponenten,

Fig. 5 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung,

Fig. 6 eine Prinzipskizze eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung, und

Fig. 7 eine Prinzipskizze eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs- gemäßen Trenneinrichtung 1. Sie umfasst einen zylindrischen

Verdrängungskörper 2, der beabstandet von einem koaxialen zylindrischen geblechten Joch 3 aus Eisen umgeben ist. Zwischen dem Verdrängungskörper 2 und dem Joch 3 entsteht somit ein Trennkanal 4, der durch eine Schutzwand 5 von dem ihn nach außen begrenzenden Eisenjoch 3 abgetrennt ist. Das Eisenjoch 3 weist ferner zum Trennkanal 4 hin umlaufende Nuten 6 auf, in denen äquidistant beabstandet Solenoidspulen 7 einer Spu- lenanordnung 8 angeordnet sind, deren Windungen umlaufend sind, also den Trennkanal 4 umschließen.

In den Trennkanal 4 wird kontinuierlich, beispielsweise durch hier lediglich bei 9 angedeutete Beschickungsmittel, eine

Suspension mit beispielsweise in Wasser als Trägerflüssigkeit eingebrachten magnetisierbaren und nichtmagnetisierbaren Teilchen eingebracht. Zweck der Trenneinrichtung 1 ist es, diese bei kontinuierlichem Durchstrom der Suspension durch den Trennkanal 4 in einen magnetischen und einen nichtmagnetischen Anteil aufzuspalten, was am Ende des Trennkanals 4 durch ein Trennelement 10, vorliegend eine Blende 11, geschieht, wobei die Pfeile 12 die magnetische Fraktion andeuten, die Pfeile 13 den nichtmagnetischen Anteil.

Der kontinuierliche Betrieb der Trenneinrichtung 1 wird durch eine bestimmte Bestromung der Spulenanordnung 8 ermöglicht, wobei hierzu eine Steuereinrichtung 14 dient. Durch entsprechende Bestromung der einzelnen Spulen 7 wird im Trennkanal 4, wie im Folgenden noch erläutert werden soll, eine Wanderwelle erzeugt, die Lücken, also feldfreie Bereiche, aufweist, die die gesamte Länge des Trennkanals 4 überstreichen.

Dazu sind die in diesem Falle 36 Spulen 7, die der Übersicht- lichkeit halber nicht alle dargestellt sind, in drei Periodengruppen mit einer Spulenzahl von je 12 Spulen aufgeteilt, wobei eine Periodengruppe 15 in der Zeichnung gekennzeichnet ist. Zur Ansteuerung der 36 Spulen 7 der Spulenanordnung 8 durch die Steuereinrichtung 14 sind, wie im Folgenden erläu- tert wird, lediglich sechs Anschlüsse 16 erforderlich, das bedeutet, es werden sechs Eingangsignale Ii bis Ie erzeugt, die nun mit zusätzlichem Bezug auf Fig. 2 näher erläutert werden sollen.

Grundlage der Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 14 ist ein Stromprofil 17 mit einer Periodendauer von T, welches zwei Sinushalbwellen 18 jeweils einer Dauer von T/4 umfasst, die jeweils durch einen stromlosen Zeitabschnitt 19 einer Dauer von ebenso T/4 getrennt sind. Die Spulen 7 einer Periodengruppe 15 sollen nun jeweils um T/12 versetzt mit dem Stromprofil 17 angesteuert werden, so dass sich eine Wanderwelle mit Lücken, also im Wesentlichen feldfreien Bereichen, ergibt. Dazu sind in Fig. 2 zunächst die sechs Ansteuerungs- ströme Ii bis Ie gegen die Zeit dargestellt. Ersichtlich ist der Strom I₂ um T/12 gegen Ii verschoben usw., so dass sich die Wanderwelle ergibt. Diese Ströme Ii bis Ie werden nun über die Anschlüsse 16 jeweils den ersten sechs Spulen 7 zu- geleitet, wobei die übrigen Spulen 7 der Spulenanordnung 8 über entsprechende, bei 20 angedeutete Verbindungen wie im Folgenden beschrieben angesteuert werden. Verbunden sind je jede sechste Spule, also die erste mit der siebten Spule, die siebte mit der dreizehnten Spule, usw. Dabei wird jeweils je- de zweite Spule der so verbundenen Spulen umgekehrt bestromt. Erhält also beispielsweise die Spule 7a das Stromsignal Ii, dann erhält die damit verbundene siebte Spule 7b das Stromsignal -Ii, die dreizehnte Spule (bereits in der nächsten Periodengruppe 15) 7c wiederum das Signal Ii usw. Auf diese Weise ist es möglich, mit nur sechs Eingangssignalen sämtliche drei Spulengruppen 15 korrekt zur Erzeugung einer Wanderwelle anzusteuern. Die Ausgänge der letzten 6 Spulen sind alle elektrisch in einem Sternpunkt 43 verbunden.

Zur Erzeugung der Stromsignale Ii bis Ie umfasst die Steuereinrichtung 14 einen frequenzabhängigen Umrichter 21, der zwei herkömmliche Drei-Phasen-Umrichter enthält. Es ist an dieser Stelle nochmals deutlich hervorzuheben, dass die genannte Spulenzahl zwölf und die Periodengruppenzahl drei Ie- diglich beispielhafte Werte sind, das zugrundeliegende Konzept lässt sich auf andere Ausgestaltungen problemlos übertragen .

Fig. 3 zeigt nun das Ergebnis dieser Ansteuerung und Ver- Schaltung der Spulen anhand einer vergrößert hervorgehobenen Periodengruppe 15. Gezeigt ist das Eisenjoch 3 mit den in den Nuten 6 angeordneten Spulen 7 sowie den Verbindungen 20 innerhalb der Spulengruppe 15, die Schutzwand 5 sowie der Trennkanal 4, durch den die Suspension gemäß des Pfeils 22 strömt. Gemäß der entsprechenden Ansteuerung, vgl. Fig. 2, sind jeweils drei Spulen 7 einer Spulengruppe 15 als strom- durchflossene Gruppe 23 dargestellt, eine weitere Gruppe 24 von Spulen 7 ist entsprechend umgekehrt bestromt und zwei weitere Gruppen 25, zwischen bestromten Gruppen 23 und 24 angeordnet, sind in der in Fig. 3 dargestellten Momentaufnahme stromlos dargestellt. Aus dieser Ansteuerung der Spulen 7 ergibt sich ein bestimmtes Ablenkmagnetfeld, das hier durch die im Trennkanal eingezeichneten magnetischen Äquipotentiallinien 26 angedeutet ist. Die Pfeile 27 deuten Kraftkomponenten in Längsrichtung (z-Richtung) und Radialrichtung (x-Richtung, vgl. auch Koordinatensystem 28) an. Der Pfeil 29 zeigt an, in welche Richtung das erzeugte Ablenkmagnetfeld wandert. Er- sichtlich bilden sich durch die stromlosen Zeitabschnitte im Wesentlichen feldfreie Bereiche 30, die ebenso mitwandern, also die Länge des Trennkanals 4 überstreichen. Bei 31 sind schließlich in Fig. 3 noch die magnetisierbaren, zu der Schutzwand 5 hingezogenen Teilchen angedeutet.

Fig. 4 zeigt in Form von Graphen 32, 33 und 34 nun genauer die sich ergebende Feld- und Kraftverteilung. In Graph 32 sind die Äquipotentiallinien des Betragsquadrats B² des Ablenkmagnetfeldes dargestellt, in Graph 33 die Äquipotential- linien der negativen Kraftkomponente in x-Richtung (Koordinatensystem 28), also die Kraft zum Joch 3 hin, -F_x, in Graph 34 entsprechen die Äquipotentiallinien des Betrags der Kraftkomponente in z-Richtung, F_z . Die resultierenden Kräfte und Kraftrichtungen werden durch die Pfeile 35 in Graph 32 ange- deutet.

Für den kontinuierlichen Trennvorgang haben die in den Fig. 3 und 4 dargestellten Feld- und Kraftverhältnisse, die wie dargestellt zeitlich wandern, folgende Bedeutung. Durch die Kraftkomponenten in x-Richtung werden magnetisierbare Teilchen zum Joch 3 hin abgelenkt und lagern sich dort gegebenenfalls an. Dabei können, da das Ablenkmagnetfeld, wie dargestellt, zum Verdrängungskörper 2 hin exponential abfällt, die starken anziehenden Kräfte nahe der Schutzwand 5 zeitweise stärker sein als die hydrodynamische Kraft der Strömung, so dass magnetisierbare Teilchen 31 zunächst nicht weitertransportiert werden. Hier greifen nun die erfindungsgemäß vorge- sehenen im Wesentlichen feldfreien Bereiche 30, die aufgrund ihrer eigenen Bewegung ein solches magnetisierbares Teilchen bald erreichen, so dass die ablenkende Kraft temporär schwindet, das Teilchen sich lösen kann und durch die hydrodynamische Strömung ein Stück weitertransportiert wird, bevor es durch die x-Komponente der ablenkenden Kraft der nächsten

Halbwelle 18 wieder nahe an der Schutzwand 5 gehalten wird. Auf diese Weise bilden sich keine Ablagerungen an der Schutzwand 5, die in einem folgenden Spülschritt aufwendig zu entfernen wären. Doch die Ausgestaltung über eine solche strom- lose Zeitabschnitte 19 umfassende Wanderwelle hat über die z-Komponenten der ablenkenden Kraft weitere Vorteile. Beidseitig der Feldmaxima existieren, wie ersichtlich, Gradienten praktisch parallel zur Wand, wo die magnetisierbaren Teilchen eine Kraft gegen oder in Richtung des Endes des Trennkanals 4 erfahren. Letztere unterstützen den Transport des magnetischen Anteils entlang der Schutzwand 5 in Richtung Ausgang ohne erneute Vermischung mit dem Volumen der Suspension. Zudem dreht sich zeitlich betrachtet die Richtung des Magnetfeldes an einer bestimmten Position beim Durchlauf der Wan- derwelle. Auf die magnetisierbaren Teilchen wird folglich ein Drehmoment ausgeübt, so dass diese in Rotation versetzt werden, was das erneute Lösen des abgeschiedenen Materials in dem im Wesentlichen feldfreien Bereich, also der Feldlücke, erleichtert und der Fixierung und Agglomeration zu größeren Teilchen entgegenwirkt.

Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Muster setzt sich periodisch entlang des gesamten Trennkanals fort. Es entsteht somit in dem zylindrischen Arbeitsraum eine räumlich und zeitlich pe- riodische Wanderwelle. Bei einer Periodendauer T und einer räumlichen Wiederhol- bzw. Pollänge L läuft die Wanderwelle folglich mit einer Geschwindigkeit v=L/T. Die Reichweite des Ablenkmagnetfelds und somit der magnetischen Kraft ergibt sich dabei zu xo=L/2;r. Die Breite des Trennkanals 4 sollte dabei kleiner oder ähnlich als xo gewählt werden.

Die übrigen Parameter für eine konkrete Ausgestaltung der Trenneinrichtung 1 müssen anhand der gewünschten Betriebsgrößen ermittelt werden. Beispielhaft sei hier angegeben, dass bei einem Volumenstrom der Suspension von 200 m³ pro Stunde und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,333 m pro Sekunde der Trennkanal beispielsweise eine Länge von 1 m aufweisen kann. Bei einem Durchmesser der Schutzwand von 1,6 m ist eine Trennkanalbreite von 3 cm vorgesehen. Jeweils 12 Spulen sind zu einer Periodengruppe zusammengefasst, wobei insbesondere drei Periodengruppen vorgesehen sind, also 36 Nuten. Die Periodenlänge kann dabei 0,333 m betragen, die Nutgröße 14 x 60 mm². Die Frequenz der Wanderwelle beträgt in diesem Ausführungsbeispiel dann 1 Hz.

Weitere Kenngrößen dieses konkreten Ausführungsbeispiels sind die Kupfer-Stromdichte von 5 A/mm² bei einem Kupferanteil von 75 % und ein Strom von 3000 A in der Nut. Eine solche Trenneinrichtung würde dann eine elektrische Leistung von 30 kW benötigen .

Fig. 5 ist eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung 1', wobei hier und im Folgenden der besseren Übersichtlichkeit wegen gleiche Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das geblechte Joch 3 aus Eisen mit den ausschnittsweise unter der Schutzwand 5 angedeuteten Spulen 7 in den Nuten 6 ist hier nun innen angeordnet, jedoch weiterhin zylindrisch ausgebildet und zur Bildung des Trennkanals 4 umgeben von einem koaxialen, zylindrischen Außenkörper 37. Bezüglich der erzeugten Wanderwelle und der feldfreien Bereiche ist die Funktionsweise dieselbe, so dass auf die diesbezügliche Dis- kussion bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen wird. Der magnetische Anteil wird bezüglich der Blende nun innen abgegriffen, Pfeil 12, der nichtmagnetische Anteil außen, Pfeile 13. Zur Verbesserung der Trennwirkung ist in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, die Suspension in eine durch den Pfeil 38 angedeutete Kreisströmung zu versetzen. Dazu ist hier als Einrichtung 39 zur Erzeugung der tangentialen Kreisströmung die Verwendung von schräggestellten Ein- lassdüsen 40 vorgesehen. Durch die entstehende Zentrifugalkraft werden nichtmagnetisierbare Teilchen nach außen zum Außenkörper 37 hinbewegt, während für die magnetisierbaren Teilchen die aus dem Ablenkfeld resultierende magnetische Kraft überwiegt und sich diese innen sammeln. So wird die Trennwirkung verbessert.

Fig. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung 1' ' , bei der nun ein rechteckiger Trennkanal 4 vorgesehen ist, der hinter einer Schutzwand 5 einseitig von dem ebenso rechteckigen Joch 3 begrenzt wird, welches wiederum äquidistante Nuten 6 mit darin angeordneten Spulen 7 umfasst. Die Spulenleiter der Spulen 7 verlaufen entlang der Nuten, wobei insgesamt Rennbahnspulen verwendet werden können, vorwiegend jedoch vorgesehen ist, die Spulen- leiter über einen Wickelkopf oder durch das Innere des Eisenjochs 3 nach Verlassen einer Nut so weiterzuführen, dass sie eine um die Hälfte der Spulenzahl versetzte Nut 6 in Gegenrichtung durchlaufen usw. Damit wird zwangsläufig die entsprechende Periodizität erreicht. Geschlossen wird die Spule durch eine Rückführung in ihre erste Nut 6. Das Prinzip der

Felderzeugung und der Wanderwelle bleibt jedoch grundsätzlich gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Der Abtransport des magnetischen und des nichtmagnetischen Anteils hinter der Blende 11 ist wiederum durch die Pfeile 12 und 13 dargestellt.

Fig. 7 zeigt schließlich ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Trenneinrichtung 1''', das im Wesentli- chen dem der Fig. 6 entspricht, sich allerdings durch eine Schrägstellung des Trennkanals um einen Winkel von 30° zur Senkrechten von der Trenneinrichtung 1' ' unterscheidet. Diese Schrägstellung bewirkt, dass auf die nichtmagnetisierbaren Teilchen 41 die Schwerkraft wirkt, welche sie von dem oberhalb angeordneten Joch 3 entfernt, während die magnetisierba- ren Teilchen 31 sich aufgrund der stärkeren magnetischen ablenkenden Kraft an der dem Joch 3 zugewandten Schutzwand 5 sammeln. Die Wirkung der Schwerkraft ist durch den Pfeil 42 angedeutet. Dabei wird wiederum eine bessere Trennwirkung erzielt .

Die Abführung der jeweiligen Anteile ist wiederum durch die Pfeile 12 und 13 an der Blende 11 dargestellt.

Claims

Patentansprüche

1. Trenneinrichtung (1, 1', 1' ' , 1' ' ' ) zum Trennen eines Ge- mischs von in einer in einem Trennkanal (4) geführten Suspen- sion enthaltenen magnetisierbaren und unmagnetisierbaren

Teilchen (31, 41), umfassend ein zur einen Seite des Trennkanals (4) angeordnetes geblechtes ferromagnetisches Joch (3), insbesondere aus Eisen, mit wenigstens einem Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Ablenkfeldes so- wie ein am Ausgang des Trennkanals (4) angeordnetes Trennelement (10) zum Abtrennen der magnetischen Teilchen (31) , dadurch gekennzeichnet, dass als Magnetfelderzeugungsmittel eine Spulenanordnung (8) umfassend in Nuten (6) des Jochs (3) entlang des Trennkanals (4) insbesondere äquidistant angeord- nete, über eine Steuereinrichtung (14) derart ansteuerbare Spulen (7) vorgesehen ist, dass ein im Wesentlichen zu dem Joch (3) hin ablenkendes, zeitlich veränderliches Ablenkmagnetfeld, insbesondere eine Wanderwelle, mit die gesamte Länge des Trennkanals (4) überstreichenden im Wesentlichen feld- freien Bereichen (30) entsteht.

2. Trenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine bestimmte Spulenzahl, insbesondere 12, entlang des Trennkanals (4) aufeinanderfolgender Spulen (7) zu einer Periodengruppe (15) zusammengefasst sind, wobei die Spulen (7) einer Gruppe (15) jeweils einen der Spulenzahl entsprechenden Anteil der Periodendauer eines Wechselstromprofils (17) versetzt mit dem wenigstens einen stromlosen Zeitabschnitt (19) aufweisenden Wechselstromprofil (17) an- steuerbar sind.

3. Trenneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine ganzzahlige Menge von Periodengruppen (15) über die Länge des Trennkanals (4) vorgesehen ist.

4. Trenneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselstromprofil (17) jeweils zwei Halbwellen (18) einer Länge von einer viertel Periodendauer un- terbrochen durch zwei stromlose Zeitabschnitte (19) einer Länge von jeweils einer viertel Periodendauer aufweist.

5. Trenneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, dass die Halbwelle (18) eine Sinushalbwelle und/oder eine Trapezhalbwelle und/oder eine Dreieckshalbwelle ist.

6. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) einen insbesondere frequenzvariablen, auch zur Phasenverschiebung ausgebildeten Umrichter (21) mit der Hälfte der Spulenzahl an Ausgängen umfasst.

7. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da- durch gekennzeichnet, dass um jeweils die Hälfte der Spulenzahl beabstandete Spulen (7) derart elektrisch verbunden sind, dass jeweils jede zweite Spule (7) in umgekehrter Richtung bestrombar ist, wobei die Spulenanordnung (8) über Anschlüsse (16), deren Anzahl der Hälfte der Spulenzahl ent- spricht, angesteuert wird.

8. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zylindrischen das Joch

(3) durchsetzenden Hohlraum ein zylindrischer, koaxialer Ver- drängungskörper (2) zur Bildung des Trennkanals (4) angeordnet ist.

9. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zylindrischen, einen Au- ßenkörper (37) durchsetzenden Hohlraum das zylindrische, koaxiale Joch (3) zur Bildung des Trennkanals (4) angeordnet ist .

10. Trenneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- net, dass eine Einrichtung (39) zur Erzeugung einer tangentialen Kreisströmung, insbesondere schräggestellte Einlassdüsen (40) und/oder ein Rührwerk und/oder insbesondere innerhalb des Trennkanals (4) angeordnete schräggestellte Blenden, vorgesehen ist.

11. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da- durch gekennzeichnet, dass die Spulen (7) als ringförmige, umlaufende Solenoidspulen ausgebildet sind.

12. Trenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen rechteckige Trennkanal (4) auf einer Seite von dem eine ebene Fläche aufweisenden Joch (3) begrenzt wird.

13. Trenneinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem als obere Begrenzung des Trennkanals (4) dienenden Joch (3) der Trennkanal (4) in Durchflussrichtung insbesondere um 10 bis 90 Grad gegenüber der Senkrechten geneigt ausgeführt ist.

14. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Nuten (6) zum Trennkanal (4) hin abdeckende Schutzwand (5) vorgesehen ist.

15. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (10) eine Blen- de (11) ist.