WO2010111765A1 - Dispositivo para classificação e concentração de partículas ferromagnéticas por ação de campo magnéticoco controlado - Google Patents

Dispositivo para classificação e concentração de partículas ferromagnéticas por ação de campo magnéticoco controlado Download PDF

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WO2010111765A1
WO2010111765A1 PCT/BR2010/000206 BR2010000206W WO2010111765A1 WO 2010111765 A1 WO2010111765 A1 WO 2010111765A1 BR 2010000206 W BR2010000206 W BR 2010000206W WO 2010111765 A1 WO2010111765 A1 WO 2010111765A1
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ferromagnetic
concentration
magnetic field
magnetic
classification
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PCT/BR2010/000206
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Inventor
José Emanuel LOPES GOMES
Original Assignee
Dos Santos, Victor Loureiro
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Publication date
Application filed by Dos Santos, Victor Loureiro filed Critical Dos Santos, Victor Loureiro
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION 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
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/23—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carried by oscillating fields; with material carried by travelling fields, e.g. generated by stationary magnetic coils; Eddy-current separators, e.g. sliding ramp
    • B03C1/24—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carried by oscillating fields; with material carried by travelling fields, e.g. generated by stationary magnetic coils; Eddy-current separators, e.g. sliding ramp with material carried by travelling fields
    • B03C1/247—Magnetic separation acting directly on the substance being separated with material carried by oscillating fields; with material carried by travelling fields, e.g. generated by stationary magnetic coils; Eddy-current separators, e.g. sliding ramp with material carried by travelling fields obtained by a rotating magnetic drum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION 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
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/20—Magnetic separation whereby the particles to be separated are in solid form

Definitions

  • This patent which concerns the steel industry, mining or any other industry, which handles or generates magnetic and ferromagnetic materials, is a device that uses controlled magnetic fields to classify, concentrate and / or separate ferromagnetic particles. , or magnetic, of others with which they are mixed, and the separation practiced can be by difference of ferromagnetic content, or, due to variations in the properties of the controlled field, being able to separate ferromagnetic particles with different masses and sizes, being controlled. if the intensity and frequency of the applied field.
  • Magnetism is a natural property of a few substances in nature, the most common being intermediate-oxidizing iron ore, which has significant magnetism, generating a considerable magnetic field.
  • the magnetic field can also be generated by the action of electric currents applied to a conductor, where the behavior of the generated field is identical to the current that generated it, so a direct current generates a continuous field and alternating currents generate alternating fields.
  • the field strength is a function of the current that generated it, as well as the number of conductors that generate this field, and finally, the distance from the analyzed field to the generating conductor of this field.
  • the magnetic field has closed-loop properties and behaviors, ie the magnetic field is composed of magnetic lines. that present themselves in a closed contour regime. These lines are generated as rings around a conductor so that they do not have a start or end point. In natural magnets, the field passes internally on the magnet from south to north and externally from north to south, closing the loop.
  • magnetism concentrates where there is a corner or tip, that is, if a cone is transformed into a magnet, so that if the direction of its field is parallel to the axis of the cone, the tip of the cone cone will have an extremely denser field than the base pole field, although of the same intensity, the fields will have different magnetic densities.
  • the industry has used magnetism in processes of separation of ferromagnetic materials from others that do not have this property. Therefore, the magnetic fields used are predominantly generated by direct currents in electromagnets, or by the use of magnets made of rare earth metals.
  • alternating electric fields are of wide application, not only in transformation for transmission, but mainly in transformation of electrical energy into mechanical energy, such as the use of electric motors in all areas of industry, where both direct current and alternating current motors are used.
  • the latter have been used for a long time because of their good performance, but limited to the difficulty of controlling their speed, since for alternating electric machines, the operating speed is closely linked to the working frequency of the applied alternating electric current. .
  • Magnetic separation does not always yield a desired result, because the smaller the particles that make up the material, the greater the risk that separation will be less effective. This is because continuous magnetic fields present a phenomenon called "caging", which consists of the agglomeration of the ferromagnetic particles, as they acquire residual magnetism around non-magnetic particles during separation.
  • This slurry is composed of metallic iron particles as well as iron oxide (FeO, Fe 2 0 3 ) in addition to other non magnetic compounds (Si0 2 , Al 2 0 3 , CaO, MgO, etc.) when subjected to magnetic separation.
  • FeO, Fe 2 0 3 iron oxide
  • other non magnetic compounds Si0 2 , Al 2 0 3 , CaO, MgO, etc.
  • the present patent discloses a device for implementing and improving the treatment of ferromagnetic and / or magnetic particle concentration through the use of magnetism by the application of a control method of this magnetic field.
  • the device allows mechanically and electrically to control the spatial arrangement of the magnetic field, as well as the frequency and intensity of this field, so that ferromagnetic and / or magnetic particles are separated from non-magnetic particles by changing the motion vector that the particle set initially presents. This change of direction and direction of movement allows separation to take place efficiently.
  • It can also use the intensity and frequency control of the magnetic field so that the ferromagnetic and / or magnetic particles are subjected to a classification process by size differences (for particles of the same density) and mass (for particles of different densities). ).
  • the frequency and intensity control of the applied alternating field is by the use of frequency inverter and field strength control devices.
  • This device used in a specific process of classification and concentration of ferromagnetic particles in materials composed of ferromagnetic and / or magnetic particles, and non-magnetic particles, has significant environmental and economic advantages because it enables processing of this material. material without the need for water consumption, when obtaining these particles is without the presence of water.
  • this device allows the metal recovery of processed materials of steel origin, much higher than those practiced in conventional processes, and with greater efficiency.
  • This device can act both directly on materials generated directly by dry processes, as well as being used in the treatment of recovery of metallic content of tailings and media generated in wet concentration processes, thus allowing a higher mass and metallic yield.
  • Figure 1 illustrates its core, which is the source of the applied rotating field and consists of the operating principle of the device.
  • Figure 2 illustrates the arrangement of windings for each separate phase of a three-phase supply system installed in the magnetic core, which allows the action of the rotating field.
  • Figure 3 illustrates the arrangement of the plates that make up the core and the way the shaft is inserted into them, facilitating their installation in the equipment operating tape.
  • Figure 4 illustrates the tape used for equipment operation, which is made of non-magnetic material, showing the coolant oil inlet and outlet openings at its ends and the shaft fittings of the magnetic cores disposed within the device.
  • Figure 5 illustrates the detail of the brackets installed within the inner chamber of the device for the installation of the rotating field generator cores, which are arranged such that each magnetic core has power and maintenance autonomy.
  • Figure 6 illustrates the direction of the counterclockwise rotating magnetic field and the direction of rotation of the feed screw clockwise, also showing in greater detail that the rotating screw promotes not only the feed drag on the direction of discharge, but promotes the movement of the charge through the blades, in detail, placed perpendicular to the plane of the screw, facilitating the separation of particles by the magnetic field.
  • Figure 7 illustrates in more detail the forms of control of the magnetic field generated by the core winding, so that by associating the device with a frequency variator system, one can control not only the intensity of the core attraction force but , also, its rotating speed; In this figure, too, one can see the differentiated association of the tapes, which allows the use of the device either as a concentrator or as a particle size classifier.
  • Figure 8 illustrates the arrangement of the tapes, side by side, which allows parallel material feeding, thus characterizing the magnetic concentration device when promoting magnetic separation, or even with serial feeding, allowing that the equipment acts as a grading size.
  • the device configures a combination of frequency and intensity of rotating magnetic fields, generated by a three-phase supply system, through independent windings for each electrical phase, installed in a core (1) of plates. properly rolled and cut ferromagnetic
  • the core (1) has 12 poles and contains a chamfered shaft (2) arranged such that each magnetic core is fed in parallel with the others.
  • the winding (3) for the generation of this magnetism which must be made with the largest possible number of suitable thin wire, allows to generate a considerable magnetic field, with a minimum loss of heating performance by joule effect on the coils, being possible to feed them with lower voltage and current.
  • the operating principle of the magnetic field is three-phase, that is, powered by three distinct electrical phases, and these phases are applied differently in the core (1), through different windings (4, 5 and 6) for each phase.
  • the first phase (4) is applied such that its north pole at time zero (4A) is positioned 90 ° from its equivalent south pole (4B)
  • the second phase (5) is applied such that its pole north (5A) is mechanically spaced from the north pole of the first phase at 120 °, and will have its south pole (5B) at 90 ° from this position
  • the third phase (6) is applied such that its north pole (6A) is 120 ° and 240 ° from the immediate poles of the second and first phases, respectively.
  • the core is made of thin, high magnetic permeability plates (7) arranged parallel (9) on the support shaft (8), thus obtaining the assembled core (10). This principle ensures that, as in modern transformers, little energy is lost by eddy currents and results in a large magnetic response.
  • the cores mounted within a tape (11) and operating with electric current, even with great efficiency, undergo heating.
  • the tape is fed with a non-conductive refrigerant oil, which is fed at one end and discharged from the opposite end.
  • a feed rail along the tape side generator there is a feed rail, where a discharge screw (11B) is installed, which promotes material displacement during device operation.
  • the tape is made of non-magnetic material (12) and has a semi-cylindrical cover (12), and contains, installed inside, supports where the cores are coupled side by side (14). On its lower side the feed ramp (15) is fixed. This lateral arrangement allows that if one of the cores is damaged or burned, only the damaged one can be replaced, without interrupting the operation and without unnecessary maintenance to the others.
  • brackets (16) are arranged the hexagonal shaft sockets of the cores (17).
  • the Feed screw promotes not only the dragging of the material to the discharge edge of the feed ramp (21), but also the lateral movement of the material (19) during its rotation, thus facilitating the release of magnetic particles trapped within the volume. load by means of blades (20) installed on the screw perpendicular to the plane thereof.
  • the magnetic field applied to system 22 may vary in its intensity 22A and frequency 22B.
  • This combination of effects and ease of control allow the equipment to be used in two different ways: as a magnetic separator (23), separating magnetic from non-magnetic particles; and as a particle size classifier of ferromagnetic particles (24).
  • the intensity and frequency of operation is adjusted according to the material to be concentrated by applying the same values to the parallel tapes, which are also fed parallel and kept away from each other. so that the next tape feed ramp is spaced from the discharge face and magnetic material collected at the back and bottom of the tape (23B) while non-magnetic material is dragged by the loading screw to the end of the feed ramp ( 23A).
  • the tapes are fed by different loads and frequencies, so that the first tape has a lower frequency and higher field strength and the next tape, in turn, operates with a field. weaker and higher frequency, and so successively (24B).
  • the tapes are fed by different loads and frequencies, so that the first tape has a lower frequency and higher field strength and the next tape, in turn, operates with a field. weaker and higher frequency, and so successively (24B).
  • All parallel associated tapes (27) make up the device, which can be used for both concentration and particle size classification of ferromagnetic particles.
  • This device can be used to optimize the recovery of ferromagnetic material in concentration process tailings as long as it is dry, with a predetermined and properly released particle size limit, acting as a scavenger step. It can also be used to optimize the quality of a product in which the ferromagnetic particle content is to be concentrated, acting as a cleaner step. And yet, act directly on food, without prior separation, acting with a "rougher" step. In each of them, its versatility of operation control allows its efficient use.
  • the first tape acts with a discharge of ferromagnetic material and a high intensity field to promote separation of the ferromagnetic material to the rear, acting with a low-yield rougher step, promoting the poorest possible discharge, and a still contaminated feed, which in turn will feed the second tape, This lower intensity will promote concentration with a cleaner product as possible.
  • the others can be associated in order to promote only classification, and no longer concentration. This adjustment is only possible due to the independent feeding of each tape.
  • This device allows various materials to be treated and recovered: (i) thick steelmaking sludge with high iron content; (ii) high iron monoxide thin steelmaking sludge with good magnetic response; (iii) blast furnace sludge, with significant hematite contents, which can be concentrated when a high intensity field is used; (iv) ore fines containing magnetite associated, allowing their efficient separation; (v) separate metallic materials from their oxides by controlling the intensity of the magnetic fields used.
  • the biggest advantage of the device is its high performance compared to conventional processes based on the following facts: (i) utilizes the field according to the specific purpose of each material, with an appropriate response to this material; (ii) uses components that allow for unitary maintenance, without compromising the operation of the equipment as a whole; (iii) its versatility allows a single equipment to be adjusted for the proper purposes (concentrator and separator); (iv) low consumption of energy as it is powered by low-power equipment; (v) it is sufficient, to increase the production capacity of the device, to increase the number of tapes without the need for equipment reconstruction.

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Abstract

Compreende, a presente patente de invenção, um dispositivo que utiliza campos magnéticos controlados para classificar, concentrar e/ou separar partículas ferromagnéticas, ou magnéticas, de outras com as quais estejam misturadas, sendo que a separação praticada pode se dar por diferenςa de teor ferromagnético, ou, em funςão de variações nas propriedades do campo controlado, podendo separar partículas ferromagnéticas com massas e tamanhos diferentes, controlando-se a intensidade e freqüência do campo aplicado. Configurando o dispositivo uma combinação de freqüência e intensidade de campos magnéticos girantes, gerados por sistema trifásico de alimentação, através de enrolamentos, independentes para cada fase elétrica, instalados em um núcleo (1) de placas ferromagnéticas, laminadas e cortadas adequadamente. Contendo o núcleo (1) possui 12 polos e um eixo chanfrado (2), sendo o principio operacional do campo magnético trifásico, com as faces aplicadas de forma diferenciada, através de enrolamentos diferenciados (4, 5 e 6) para cada fase. Sendo o núcleo, montado dentro de um tape (11) formado por material não magnético (12) com tampa semicilíndrica (12), apoios onde os núcleos sao acoplados lado a lado (14) e uma rampa de alimentação (15), além de suportes (16) para encaixes dos eixos sextavados dos núcleos (17).

Description

"DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE
PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO
CONTROLADO"
Refere-se a presente patente de invenção, que diz respeito à indústria siderúrgica, de mineração, ou quaisquer outras, que lidem ou gerem materiais magnético e ferromagnéticos, a um dispositivo que utiliza campos magnéticos controlados para classificar, concentrar e/ou separar partículas ferromagnéticas, ou magnéticas, de outras com as quais estejam misturadas, sendo que a separação praticada pode se dar por diferença de teor ferromagnético, ou, em função de variações nas propriedades do campo controlado, podendo separar partículas ferromagnéticas com massas e tamanhos diferentes, controlando-se a intensidade e frequência do campo aplicado.
O magnetismo é uma propriedade natural de algumas poucas substâncias na natureza, sendo a mais comum a magnetita, minério de ferro, de oxidação intermediária, que apresenta um magnetismo significativo, gerando um campo magnético considerável.
O campo magnético pode também ser gerado pela ação de correntes elétricas aplicadas em um condutor, onde o comportamento do campo gerado é idêntico ao da corrente que o gerou, sendo assim, uma corrente contínua gera um campo contínuo e correntes alternadas geram campos alternados. A intensidade do campo é função da corrente que o gerou, bem como do número de condutores que geram este campo, e por fim, da distância do campo analisado ao condutor gerador deste campo.
O campo magnético tem propriedades e comportamentos de ciclo fechado, isto é, o campo magnético é composto por linhas magnéticas que se apresentam em um regime de contorno fechado. Estas linhas são geradas como anéis, ao redor de um condutor, de forma que não têm um ponto de início ou fim. Em ímãs naturais, o campo passa internamente, no ímã, do pólo sul para o norte, e externamente, do norte para o sul, fechando o ciclo.
Outra propriedade importante do magnetismo consiste em que o mesmo se concentra onde houver uma quina ou ponta, isto é, se um cone for transformado em ímã, de forma que, se a direção do seu campo for paralelo ao eixo do cone, a ponta do cone apresentará um campo extremamente mais denso do que o campo do pólo da base, embora de mesma intensidade, os campos terão densidades magnéticas diferentes.
Desde há muito tempo a indústria utiliza-se do magnetismo em processos de separação de materiais ferromagnéticos de outros que não possuem esta propriedade. Para tanto, os campos magnéticos utilizados são, predominantemente, gerados por correntes contínuas em eletroímãs, ou ainda, pela utilização de ímãs confeccionados com metais de terras raras.
A utilização de campos magnéticos gerados por correntes magnéticas tem sido de grande significância na indústria, desde os tempos remotos. Um grande exemplo consiste na transformação e transmissão de energia elétrica a grandes distâncias utilizando-se dos princípios desenvolvidos e aplicados pela Lei de Lenz. Na indústria, para a utilização de ímãs de intensidade relevante são fabricados ímãs artificiais de várias composições, sendo a principal, que apresenta os maiores campos, a que possui metais de terras raras.
A utilização de campos elétricos alternados é de vasta aplicação, não só na transformação para transmissão, mas principalmente na transformação de energia elétrica em energia mecânica, como a utilização de motores elétricos em todas as áreas da indústria, onde se utilizam tanto motores de corrente contínua como motores de corrente alternada. Estes últimos por muito tempo foram equipamentos de grande uso, por apresentarem um bom rendimento, mas limitados à dificuldade de controle de sua velocidade, já que para máquinas elétricas alternadas, a velocidade de operação está intimamente ligada à freqúência de trabalho da corrente elétrica alternada aplicada.
Com a necessidade de um melhor desempenho e controle, foram desenvolvidos dispositivos conhecidos com inversores de frequência, ou cicloinversores, que permitem que as frequências de trabalhos destas máquinas sejam alteradas, para frequências maiores ou menores que a fornecida pela rede, sem perdas significativas de rendimento das mesmas.
É de grande importância para a indústria siderúrgica, de mineração, e outras que lidam com materiais magnéticos e ferromagnéticos, a utilização do magnetismo na separação de materiais magnéticos de outros não magnéticos que os acompanhem. Na indústria siderúrgica, principalmente, de uma forma geral, utiliza este principio magnético, há muito, para a recuperação de materiais magnéticos que são descartados, juntamente com outros não magnéticos de aproveitamento menos significante.
A separação magnética, contudo, não apresenta sempre um resultado desejado, pois, quanto menores forem as partículas que compõem o material, maior o risco de que a separação seja menos efetiva. Isto porque, campos magnéticos contínuos apresentam um fenómeno chamado "engaiolamento", que consiste na aglomeração das partículas ferromagnéticas, por adquirirem magnetismo residual, em torno de partículas não magnéticas durante a separação.
A ação de campos alternados, por sua vez, não promovem a adequada separação, única e exclusivamente aplicando-os em uma mistura de partículas ferromagnéticas e não magnéticas.
Como exemplo pode-se citar as partículas que compõem a lama de aciaria. Esta lama é composta por partículas de ferro metálico, bem como óxido de ferro (FeO, Fe203) além de outros compostos não magnéticos (Si02, Al203, CaO, MgO, etc), quando submetida a separação magnética, após a devida desagregação de suas partículas, por um campo constante contínuo, apresenta o engaiolamento das partículas ferromagnéticas, prendendo em seu interior as partículas não magnéticas indesejáveis. Já a aplicação de um campo alternado, apresenta um baixo rendimento em função da grande inércia das partículas metálicas em resposta à frequência de trabalho deste campo.
Para que o principio do magnetismo tenha o efeito desejado em partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas, separando-as das demais, não magnéticas, é necessário que este campo seja aplicado com um controle mais detalhado de sua operação.
A presente patente, neste sentido, apresenta um dispositivo para implementação e melhoria do tratamento de concentração de partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas através de uso do magnetismo, pela aplicação de um método de controle deste campo magnético. O dispositivo permite controlar mecanicamente e eletricamente a disposição espacial do campo magnético, bem como a frequência e intensidade deste campo, de forma que partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas sejam separadas das não magnéticas, por alteração no vetor de movimento que o conjunto de partículas inicialmente apresente. Esta mudança de sentido e direção de movimento permite que a separação se dê de forma eficiente. Podendo, ainda, utilizar do controle de intensidade e frequência do campo magnético para que as partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas sejam submetidas a um processo de classificação por diferenças de tamanho (para partículas de mesma densidade) e de massa (para partículas de densidades diferentes). Neste caso, o controle da frequência e da intensidade do campo alternado aplicado se dá pela utilização de dispositivos inversores de frequência e de controle de intensidade de campo.
Quando maior a intensidade do campo magnético, maior o tamanho das partículas arrastadas. Para partículas de tamanhos diferentes, mas com a mesma composição ferromagnética, campos de frequências diferentes apresentam resultados diferentes, quanto maiores as freqúências utilizadas nos campos, menores as partículas arrastadas em função da inércia menor destas. A associação destes princípios permite selecionar partículas pela composição (pureza) de seu material ferromagnético, bem como classificar partículas de mesma composição por tamanhos diferenciados, sem a necessidade de qualquer peneiramento.
Este dispositivo, utilizado em um processo específico de classificação e concentração de partículas ferromagnéticas em materiais compostos por partículas ferromagnéticas e/ou magnéticas, e por partículas não magnéticas, apresenta vantagens ambientais e económicas significativas, porque possibilita o processamento deste material sem a necessidade do consumo de água, quando a obtenção destas partículas for sem a presença de água.
A utilização deste dispositivo permite uma recuperação metálica de materiais processados, de origem siderúrgica, muito maior que as praticadas nos processos convencionais, e com uma eficiência maior. Este dispositivo pode atuar tanto diretamente nos materiais gerados diretamente por processos a seco, quanto ser utilizado no tratamento de recuperação de teor metálico de rejeitos e médios gerados em processos de concentração a úmido, permitindo assim um rendimento de massa e metálico maiores.
O dispositivo para classificação e concentração de partículas ferromagnéticas por ação de campo magnético controlado, objeto desta patente, pode ser mais bem compreendido reportando-se as figuras anexas, que integram este relatório descritivo e contém referências numéricas em conjunto com a descrição de suas particularidades técnicas. Figuras estas, que não restringem sua configuração quanto às suas dimensões, proporções e eventuais tipos de disposições inseridas e nem o alcance de sua aplicação prática.
A figura 1 ilustra o seu núcleo, que é a fonte do campo girante aplicado e consiste no princípio operacional do dispositivo.
A figura 2 ilustra a disposição dos enrolamentos, para cada fase separada de um sistema trifásico de alimentação, instalados no núcleo magnético, que permite a ação do campo girante.
A figura 3 ilustra o arranjo da placas que compõem o núcleo e a forma como o eixo é inserido nas mesmas facilitando sua instalação no tape operacional do equipamento.
A figura 4 ilustra o tape utilizado para operação do equipamento, que é confeccionado com material não magnético, mostrando as aberturas de entrada e saída de óleo refrigerador em suas extremidades e os encaixes dos eixos dos núcleos magnéticos dispostos no interior do dispositivo.
A figura 5 ilustra o detalhamento dos suportes instalados dentro da câmara interna do dispositivo para instalação dos núcleos geradores do campo girante, sendo os mesmos dispostos de tal maneira que cada núcleo magnético tenha autonomia de alimentação e manutenção.
A figura 6 ilustra a direção do campo magnético girante, no sentido anti-horário, com a direção do giro do parafuso alimentador no sentido horário, mostrando, também, com maior detalhamento, que o parafuso ao girar promove não só o arraste da alimentação no sentido da descarga, mas promove a movimentação da carga, através das pás, em detalhe, colocadas perpendicularmente ao plano do parafuso, facilitando a separação das partículas pelo campo magnético.
A figura 7 ilustra, com mais detalhes, as formas de controle do campo magnético gerado pelo enrolamento do núcleo, de forma que associando o dispositivo a um sistema variador de frequência, pode-se controlar não só a intensidade da força de atração do núcleo mas, também, sua velocidade de giro; nesta figura, também, pode-se perceber a associação diferenciada dos tapes, que permite a utilização do dispositivo tanto como concentrador ou como classificador granulométrico.
A figura 8 ilustra a disposição dos tapes, lado a lado, o que permite uma alimentação de material em paralelo, caracterizando assim o dispositivo de concentração magnética quando se promove uma separação magnética, ou ainda, com alimentação em série, permitindo que o equipamento atue como um classificar granulométrico.
De acordo com estas figuras e suas referências numéricas, o dispositivo configura uma combinação de freqiiência e intensidade de campos magnéticos girantes, gerados por sistema trifásico de alimentação, através de enrolamentos, independentes para cada fase elétrica, instalados em um núcleo (1) de placas ferromagnéticas laminadas e cortadas adequadamente.
O núcleo (1) possui 12 pólos e contém um eixo chanfrado (2) disposto de tal maneira que cada núcleo magnético seja alimentado em paralelo com os demais. O enrolamento (3) para a geração deste magnetismo, que deve ser feito com o maior número possível de fio fino adequado, permite gerar um considerável campo magnético, com um mínimo de perda de rendimento por aquecimento pro efeito joule nas bobinas, sendo possível alimentá-las com tensão e corrente menores.
O princípio operacional do campo magnético é trifásico, ou seja, alimentado por três fases elétricas distintas, e estas fases são aplicadas de forma diferenciada no núcleo (1), através de enrolamentos diferenciados (4, 5 e 6) para cada fase, sendo que: a primeira fase (4) é aplicada de tal maneira que seu pólo norte no instante zero (4A) seja posicionado a 90° do seu pólo sul equivalente (4B): a segunda fase (5) é aplicada de tal forma que seu pólo norte (5A) seja afastado mecanicamente do pólo norte da primeira fase a 120°, e terá seu pólo sul (5B) a 90° desta posição; e a terceira fase (6) é aplicada de maneira tal que seu pólo norte (6A) fique a 120° e a 240° dos pólos imediatos da segunda e primeira fases, respectivamente.
Essa associação de enrolamentos permite que um campo girante seja aplicado no núcleo. Operando-o, com variações de corrente e freqiiência, sua intensidade e velocidade de giro podem ser, também, manipuladas facilmente.
A confecção do núcleo é feita por chapas de alta permeabilidade magnética e de pequena espessura (7), arranjadas paralelamente (9) sobre o eixo de suporte (8), obtendo-se assim o núcleo montado (10). Este princípio garante que, como nos transformadores modernos, pouca energia se perca por correntes parasitas, e resulte em uma grande resposta magnética.
Os núcleos, montados dentro de um tape (11) e operando com corrente elétrica, mesmo com uma eficiência grande, sofrem aquecimento. Para diminuir este efeito, o tape é alimentado com um óleo não condutor refrigerante, que é alimentado por uma de suas extremidades, sendo descarregado pela extremidade oposta. Ao longo da geratriz da lateral do tape há uma calha de alimentação, onde está instalado um parafuso de descarga (11B), que promove o deslocamento do material durante a operação do dispositivo.
O tape é formado por material não magnético (12) e possui uma tampa semicilíndrica (12), além de conter, instalado em seu interior, apoios onde os núcleos são acoplados lado a lado (14). Na sua lateral inferior é fixada a rampa de alimentação (15). Esta disposição lateral permite que, caso um dos núcleos se danifique ou queime, possa ser trocado somente o danificado, sem prejuízo de paralisação da operação e sem manutenção desnecessária aos demais.
Na parte interior e inferior do tape, suportes (16) são dispostos os encaixes dos eixos sextavados dos núcleos (17).
Na prática, enquanto o campo girante promove o arraste do material ferromagnético por cima da parte superior do tape (18), o parafuso de alimentação promove não só o arraste do material até a borda de descarga da rampa de alimentação (21), mas, também, a movimentação lateral do material (19) durante seu giro, facilitando assim a liberação das partículas magnéticas presas dentro do volume da carga, através de pás (20) instaladas no parafuso perpendicularmente ao plano do mesmo.
Com o dispositivo em operação, o campo magnético aplicado ao sistema (22) pode sofrer variações na sua intensidade (22A) e frequência (22B). Esta associação de efeitos e a facilidade de controle permitem que o equipamento seja utilizado de duas formas diferentes: como separador magnético (23), separando partículas magnéticas de não-magnéticas; e como classificador granulométrico de partículas ferromagnéticas (24).
No primeiro caso, utilizando o dispositivo como separador, a intensidade e frequência de operação é ajustada de acordo com o material a ser concentrado aplicando-se os mesmos valores aos tapes paralelos, que são alimentando, também, de forma paralela, e mantidos afastados de forma que a rampa de alimentação do próximo tape fique afastada da face de descarga e o material magnético coletado na parte posterior e inferior do tape (23B) enquanto que o material não magnético é arrastado pelo parafuso de carregamento até o final da rampa de alimentação (23A).
No segundo caso, utilizando o dispositivo como classificador granulométrico, os tapes são alimentados por cargas e frequências diferentes, de forma que o primeiro tape tenha uma frequência mais baixa e maior intensidade de campo e o próximo tape, por sua vez, opere com um campo mais fraco e frequência maior, e assim sucessivamente (24B). Desta forma, com a diminuição da intensidade do campo e o aumento da frequência do campo girante, somente as partículas ferromagnéticas menores responderão. As partículas com maior inércia (massa) não terão uma reposta tão adequada.
Observando que a única descarga ocorre no final da calha de alimentação (24A), sendo todo o material considerado metálico, apenas com separação granulométrica.
Todos os tapes associados em paralelo (27) compõem o dispositivo, que pode ser utilizados tanto para concentração quanto para classificação granulométrica de partículas ferromagnéticas.
Este dispositivo pode ser utilizado para otimizar a recuperação de material ferromagnético em rejeitos de processo de concentração, desde que este esteja seco, com um limite granulométrico pré-determinado e devidamente liberado, atuando como uma etapa "scavenger". Podendo, ainda, ser utilizado para otimizar a qualidade de um produto no qual se deseje concentrar o teor de partículas ferromagnéticas, atuando como uma etapa "cleaner". E, ainda, atuar diretamente na alimentação, sem separação prévia, agindo com uma etapa "rougher". Em cada uma delas, sua versatilidade de controle de operação permite sua utilização com eficiência.
Podendo, também, ser utilizado para classificar partículas por seu tamanho, desde que possuam as mesmas propriedades físicas de densidade, forma e resposta magnética. E em último caso atuar em um processo agindo de forma a associar os dois princípios, concentração e classificação granulométrica. Para tanto basta operar de tal modo que o primeiro tape atue com uma descarga do material ferromagnético e um campo de alta intensidade para promover uma separação do material ferromagnético para o lado posterior, agindo com uma etapa "rougher" de baixo rendimento, promovendo uma descarga mais pobre possível, e uma alimentação ainda contaminada, que por sua vez, alimentará o segundo tape, este com uma intensidade menor que o anterior, promoverá a concentração, com um produto mais limpo possível. À partir deste segundo tape os demais podem ser associados de forma a promoverem apenas a classificação, e não mais a concentração. Este ajuste só é possível devido à alimentação independente de cada tape.
Este dispositivo permite que vários materiais sejam tratados e recuperados: (i) lama grossa de aciaria, com alto teor de ferro metálico; (ii) lama fina de aciaria, com alto teor de monóxido de ferro, com boa resposta magnética; (iii) lama de alto forno, com teores significativos de hematita, que pode ser concentrada quando utilizado um campo de alta intensidade; (iv) finos de minério que contenham associados magnetita, permitindo sua separação eficiente; (v) separar materiais metálicos de seus óxidos controlando-se a intensidade dos campos magnéticos utilizados.
A maior vantagem do dispositivo é seu alto rendimento em comparação com processos convencionais, baseado nos seguintes fatos: (i) utiliza o campo de acordo com a finalidade específica de cada material, com uma resposta adequada a este material; (ii) utiliza componentes que permitem uma manutenção unitária, não comprometendo a operação do equipamento como um todo; (iii) sua versatilidade permite que um único equipamento seja ajustado para os fins adequados (concentrador e separador); (iv) baixo consumo de energia, uma vez que é alimentado por equipamentos de baixo consumo; (v) bastando, para aumentar a capacidade de produção do dispositivo, aumentar o número de dispositivos unitários (tapes) sem necessidade de reconstrução de equipamento.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", um dispositivo que utiliza campos magnéticos controlados para classificar, concentrar e/ou separar partículas ferromagnéticas, ou magnéticas, de outras com as quais estejam misturadas, caracterizado por o dispositivo configurar uma combinação de frequência e intensidade de campos magnéticos girantes, gerados por sistema trifásico de alimentação, através de enrolamentos, independentes para cada fase elétrica, instalados em um núcleo (1) de placas ferromagnéticas laminadas e cortadas adequadamente.
2) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por o núcleo (1) possuir 12 pólos e conter um eixo chanfrado (2) disposto de tal maneira que cada núcleo magnético seja alimentado em paralelo com os demais; sendo o enrolamento (3) de geração deste magnetismo feito com o maior número possível de fio fino adequado, para gerar um considerável campo magnético, com um mínimo de perda dé rendimento por aquecimento pro efeito joule nas bobinas, e serem alimentadas com tensão e corrente menores.
3) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por o princípio operacional do campo magnético do dispositivo ser trifásico, ou seja, alimentado por três fases elétricas distintas;sendo estas fases aplicadas de forma diferenciada no núcleo (1), através de enrolamentos diferenciados (4, 5 e 6) para cada fase, sendo que: a primeira fase (4) aplicada de tal maneira que seu pólo norte no instante zero (4À) seja posicionado a 90° do seu pólo sul equivalente (4B); a segunda fase (5) aplicada de tal forma que seu pólo norte (5A) seja afastado mecanicamente do pólo norte da primeira fase a 120°, tendo o pólo sul (5B) a 90° desta posição; e a terceira fase (6) aplicada de maneira tal que seu pólo norte (6A) fique a 120° e a 240° dos pólos imediatos da segunda e primeira fases, respectivamente.
4) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com as reivindicações n° 1 e 3, caracterizado por a associação de enrolamentos permitir que um campo girante seja aplicado no núcleo (1), operando-o, com variações de corrente e frequência, sendo sua intensidade e velocidade de giro manipuladas facilmente.
5) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com as reivindicações n° 1 e 2, caracterizado por a confecção do núcleo ser feita por chapas de alta permeabilidade magnética e de pequena espessura (7), arranjadas paralelamente (9) sobre o eixo de suporte (8), obtendo-se assim um núcleo montado (10) que consume pouca energia, sem correntes parasitas, mas com grande resposta magnética.
6) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com as reivindicações n° 1 e 5, caracterizado por o núcleo (1), ser montado dentro de um tape (11) alimentado com um óleo não condutor refrigerante; contendo, ainda, ao longo da geratriz da sua lateral, uma calha de alimentação onde está instalado um parafuso de descarga (UB), que promove o deslocamento do material durante a operação do dispositivo.
7) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com as reivindicações n° 1 e 6, caracterizado por o tape ser formado por material não magnético (12) e possui uma tampa semicilíndrica (12), além de conter, instalado em seu interior, apoios onde os núcleos são acoplados lado a lado (14) e na parte interior e inferior do tape, suportes (16) para disposição dos encaixes dos eixos sextavados dos núcleos (17); contendo, ainda, fixada na sua lateral inferior, uma rampa de alimentação (15).
8) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por, enquanto o campo girante promove o arraste do material ferromagnético por cima da parte superior do tape (18), o parafuso de alimentação promove não só o arraste do material até a borda de descarga da rampa de alimentação (21), mas, também, a movimentação lateral do material (19) durante seu giro, facilitando assim a liberação das partículas magnéticas presas dentro do volume da carga, através de pás (20) instaladas no parafuso perpendicularmente ao plano do mesmo.
9) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por o dispositivo em operação, sendo aplicado o campo magnético ao sistema (22), passível de sofrer variações na sua intensidade (22A) e frequência (22B); sendo que, esta associação de efeitos e a facilidade de controle, permite que o equipamento seja utilizado de duas formas diferentes: como separador magnético (23), separando partículas magnéticas de não-magnéticas; e como classificador granulométrico de partículas ferromagnéticas (24); podendo, todos os tapes associados em paralelo (27), ser utilizados nestas funções.
10) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com as reivindicações n° 1 e 9, caracterizado por, utilizando o dispositivo como separador, a intensidade e frequência de operação ser ajustada de acordo com o material a ser concentrado aplicando-se os mesmos valores aos tapes paralelos, que são alimentando, também, de forma paralela, e mantidos afastados de forma que a rampa de alimentação do próximo tape fique afastada da face de descarga e o material magnético coletado na parte posterior e inferior do tape (23B), enquanto que o material não magnético é arrastado pelo parafuso de carregamento até o final da rampa de alimentação (23A).
11) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por, utilizando o dispositivo como classificador granulométrico, os tapes serem alimentados por cargas e frequências diferentes, de forma que o primeiro tape tenha uma frequência mais baixa e maior intensidade de campo e o próximo tape, por sua vez, opere com um campo mais fraco e frequência maior, e assim sucessivamente (24B), de forma que, com a diminuição da intensidade do campo e o aumento da frequência do campo girante, somente as partículas ferromagnéticas menores responderão e as partículas com maior inércia (massa) não tenham uma reposta adequada; observando que a única descarga ocorre no final da calha de alimentação (24A), sendo todo o material considerado metálico, apenas com separação granulométrica.
12) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por, o dispositivo, poder ser utilizado para otimizar a recuperação de material ferromagnético em rejeitos de processo de concentração, desde que este esteja seco, com um limite granulométrico pré-determinado e devidamente liberado, atuando como uma etapa "scavenger"; podendo, ainda, ser utilizado para otimizar a qualidade de um produto no qual se deseje concentrar o teor de partículas ferromagnéticas, atuando como uma etapa "cleaner"; ou, ainda, atuar diretamente na alimentação, sem separação prévia, agindo com uma etapa "rougher".
13) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por, Poder, também, ser utilizado para classificar partículas por seu tamanho, desde que possuam as mesmas propriedades físicas de densidade, forma e resposta magnética, e em último caso atuar em um processo agindo de forma a associar os dois princípios, concentração e classificação granulométrica; bastando para tanto, operar de tal modo que o primeiro tape atue com uma descarga do material ferromagnético e um campo de alta intensidade, para promover uma separação do material ferromagnético para o lado posterior, agindo com uma etapa "rougher" de baixo rendimento que resulta em uma descarga mais pobre possível; ou com uma alimentação ainda contaminada, que por sua vez, alimentará o segundo tape, que tem uma intensidade menor que o anterior, promovendo a concentração com um produto mais limpo possível; sendo que a partir deste segundo tape os demais podem ser associados de forma a promoverem apenas a classificação, e não mais a concentração.
14) "DISPOSITIVO PARA CLASSIFICAÇÃO E CONCENTRAÇÃO DE PARTÍCULAS FERROMAGNÉTICAS POR AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO CONTROLADO", de acordo com a reivindicação n° 1, caracterizado por, permitir que vários materiais sejam tratados e recuperados, tais como: lama grossa de aciaria, com alto teor de ferro metálico; lama fina de aciaria, com alto teor de monóxido de ferro, com boa resposta magnética; lama de alto forno, com teores significativos de hematita, que pode ser concentrada quando utilizado um campo de alta intensidade; finos de minério que contenham associados magnetita, permitindo sua separação eficiente; além de separar materiais metálicos de seus óxidos controlando-se a intensidade dos campos magnéticos utilizados.
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