WO2012116909A1 - Trenneinrichtung zum separieren von in einer suspension enthaltenen magnetischen oder magnetisierbaren teilchen - Google Patents

Trenneinrichtung zum separieren von in einer suspension enthaltenen magnetischen oder magnetisierbaren teilchen Download PDF

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Abstract

Trenneinrichtung (1) zum Separieren von in einer Suspension enthaltenen magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen (8), mit einem von der Suspension durchströmbaren Trennkanal (4), einem an einer Seite des Trennkanals angeordneten ferromagnetischen Joch (3), wenigstens einem Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Ablenkfelds sowie einem am Ausgang des Trennkanals (4) angeordneten Trennelement (17) zum Abtrennen der magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen, wobei das Magnetfelderzeugungsmittel eine Mehrzahl entlang des Trennkanal angeordnete, m einer Steuerungseinrichtung ansteuerbare Spulen (6,14,15) aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung (9,13,16) zum Ansteuern benachbarter Spulen (6, 14, 15) mit alternierenden Stromrichtungen ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Trenneinrichtung zum Separieren von in einer Suspension enthaltenen magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen
Die Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung zum Separieren von in einer Suspension enthaltenen magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen, mit einem von der Suspension durchströmbaren Trennkanal, einem an einer Seite des Trennkanals angeordneten ferromagnetischen Joch, wenigstens einem Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeugung eines magnetischen Ablenkfelds sowie einem am Ausgang des Trennkanals angeordneten Trennelement zum Abtrennen der magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen, wobei das Magnetfelderzeugungsmittel eine Mehrzahl entlang des Trennkanals angeordnete, mit einer Steu¬ erungseinrichtung ansteuerbare Spulen aufweist.
Eine derartige Trenneinrichtung ist aus der
DE 10 2008 047 852 AI bekannt. Diese Trenneinrichtung wird für ein kontinuierliches Verfahren zum Trennen eines Gemischs verwendet, das sowohl magnetisierbare als auch unmagnetisier- bare Teilchen enthält. Bei dieser Trenneinrichtung ist vorgesehen, dass ein zeitlich veränderliches Ablenkmagnetfeld durch die Spulen erzeugt wird, insbesondere eine Wanderwelle, so dass sich die Teilchen unter dem Einfluss des Magnetfelds bzw. des Magnetfeldgradienten an einer Innenfläche des Trennkanals ansammeln. Während des Durchströmens des Trennkanals sammeln sich die magnetisierbaren Teilchen an der Wandung des Trennkanals an, so dass sie beim Verlassen des Trennkanals separiert werden können. Im Gegensatz zu einem konstanten
Magnetfeld ist ein zeitlich veränderliches Wanderfeld vorge¬ sehen, so dass feldfreie Bereiche existieren, in denen kein Magnetfeldgradient existiert. Diese Feldlücken wandern mit der Strömung, so dass ein magnetisches oder magnetisiertes Teilchen sich beim Auftreten einer Feldlücke wieder von der Wandung des Trennkanals löst und durch die Strömung weitertransportiert wird. Dementsprechend kommt es nicht zu einer übermäßigen Ansammlung von Teilchen, die durch ein diskonti- nuierliches Verfahren bzw. einen entsprechenden Verfahrensschritt beseitigt werden müsste.
Mit derartigen Trennvorrichtungen kann ein Gemisch oder eine Suspension aus magnetisierbaren und unmagnetisierbaren Teilchen getrennt werden. Dabei wird von einem Wanderfeld Ge¬ brauch gemacht, das sich entlang eines Trennkanals in Rich¬ tung einer Trennblende bewegt. Dieses Wanderfeld übt eine Kraft auf die magnetischen Teilchen aus, die sowohl zur Wand als auch senkrecht dazu, in Fließrichtung der Suspension, ge richtet ist. Durch die Kombination dieser Kraft mit der hyd¬ rodynamischen Kraft der strömenden Suspension werden die mag netischen Teilchen in der Nähe der Wandung des Trennkanals aufkonzentriert und in Richtung einer Trennblende transpor¬ tiert. Die Bestromung der in Reihe entlang des Trennkanals angeordneten Spulen erfolgt derart, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt in benachbarten Spulen der Strom in der gleichen Richtung fließt, benachbarte Spulen unterscheiden sich ledig lieh hinsichtlich ihres Phasenwinkels. In Längsrichtung der Spulenanordnung variiert der Strom in Form von sinusförmigen Halbwellen, die sich mit feldfreien Bereichen bzw. Zeitabschnitten abwechseln.
Bei der aus der DE 10 2008 047 852 AI bekannten Trenneinrich tung haben Untersuchungen ergeben, dass in Teilbereichen des Trennkanals unerwünschte Kraftkomponenten auftreten, durch die die Teilchen von der Wandung des durchströmten Trennkanals weg bewegt werden, so dass in der Folge ein gewisser An teil der Teilchen nicht abgetrennt werden konnte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trenn¬ einrichtung anzugeben, die eine bessere Separation der magne tischen oder magnetisierbaren Teilchen ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Trenneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung zum Ansteuern benachbarter Spulen mit alternierenden Stromrichtungen ausgebildet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nachteilige Kraftkomponenten, die dazu führen, dass Teilchen von der Wandung des Trennkanals weg bewegt werden, vermieden werden können, indem benachbarte Spulen mit entgegengesetzt gerichteten Strömen gespeist werden. Die gewünschte Separationswirkung wird somit durch einen anderen Effekt als bei der Trenneinrichtung gemäß DE 10 2008 047 852 AI bewirkt.
Erfindungsgemäß ist hingegen vorgesehen, dass benachbarte Spulen mit unterschiedlichen, d. h. entgegengesetzten Stromrichtungen gespeist werden. Dabei bleiben der Absolutbetrag und die Form der Ströme in Längsrichtung des Trennkanals un¬ verändert, d. h. der Strom hat einen sinusförmigen Verlauf. Unterschiedlich ist allerdings die Richtung des Stroms von einer Spule zur nächsten Spule, erfindungsgemäß weisen be¬ nachbarte Spulen entgegengesetzte Stromrichtungen auf. Be¬ rechnungen und Tests haben ergeben, dass der Gradient des Magnetfelds senkrecht zur Strömungsrichtung im Wesentlichen nur in Richtung zu den Spulen bzw. zur Innenwandung des Trennkanals zeigt, dementsprechend kann mit der erfindungsge¬ mäßen Trenneinrichtung die Separation von magnetischen und magnetisierbaren Teilchen mit einem hohem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung kann die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet sein, dass der Gradient des durch die Spulen erzeugten Magnetfelds im Wesentlichen zu den Spulen gerichtet ist. Diese vorteilhafte Wirkung ist eine Folge der erläuterten entgegengesetzt gerichteten Ströme, die bewirken, dass keine wesentlichen Kraftkomponenten in andere Richtungen, etwa von den Spulen weg, erzeugt werden. Daraus resultiert der weitere Vorteil, dass der für den Betrieb der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung erforderliche Strombedarf minimal ist.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung kann es vorgesehen sein, dass jeder Spule eine eigene Steuerungseinrichtung zugeordnet ist. Dementsprechend kann jede Spule individuell angesteuert werden, wodurch das ge¬ wünschte Strommuster erzeugt werden kann.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die wenigstens eine Steuerungseinrichtung als programmierbares Netzteil oder als Umrichter ausgebildet ist. Durch das Netzteil bzw. den Umrichter kann der Strom, der einer Spule zugeführt wird, in der gewünschten Weise eingestellt und gesteuert werden.
Eine besonders gute Separation lässt sich bei der erfindungs¬ gemäßen Trenneinrichtung erzielen, wenn die entgegengesetzten Ströme benachbarter Spulen phasenverschoben sind. Durch die zeitliche Verschiebung der erzeugten Ströme entsteht ein alternierendes Wanderfeld, wodurch die gewünschten Kraftkompo¬ nenten, die auf die in der Suspension befindliche Teilchen einwirken, entstehen.
Es wird besonders bevorzugt, dass die Phasenverschiebung der Ströme benachbarter Spulen 5° - 20°, insbesondere 10°, beträgt. Es ist auch denkbar, dass die zeitliche Verschiebung benachbarter Spulen einstellbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass jede Spule lediglich mit einer positiven oder einer negativen Halbwelle bestromt wird. Während weiterer Zyklen kann dieselbe Spule einmal mit einer positiven Halb¬ welle und anschließend mit einer negativen Halbwelle bestromt werden. Wesentlich ist dabei, dass benachbarte Spulen jeweils durch Ströme mit alternierenden Stromrichtungen beaufschlagt werden .
In diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, dass die Spule zwi¬ schen zwei Halbwellen im Wesentlichen stromlos ist. Dementsprechend geht eine positive Halbwelle nicht sofort in eine negative Halbwelle über, stattdessen existiert ein Zeitraum, in dem die Spule nicht bestromt wird. Da in diesem Zustand kein Magnetfeldgradient existiert, wirkt keine Kraft auf mag- netische oder magnetisierbare Teilchen ein, so dass diese durch die hydrodynamischen Kräfte der Suspension weitertransportiert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Anhaften einer großen Zahl der Teilchen an einer bestimmten Stelle vermieden wird, die ansonsten durch ein anderes elekt¬ risches oder mechanisches Mittel entfernt werden müssten.
Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in dem Trennkanal der erfindungsgemäßen Trenneinrichtung ein Verdrängerkörper angeordnet ist. Ein beispielsweise zylinderför¬ mig ausgebildeter Verdrängerkörper bewirkt, dass ein ringförmiger Trennkanal mit einer gewünschten Breite entsteht. Vor¬ zugsweise ist am Ende des Trennkanals eine Trennblende ange¬ ordnet, um die magnetischen und magnetisierbaren Teilchen von taubem Gestein abzutrennen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schemati¬ sche Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen
Trennvorrichtung; und
Fig. 2 Stromverlaufsdiagramme mehrerer Spulen der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung, wobei der Stromverlauf über dem Phasenwinkel aufgetragen ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Trennvorrichtung 1 umfasst einen zylindrischen Verdrängerkörper 2, der beabstandet von einem koaxialen zylindrischen Joch 3 aus Eisen umgeben ist. Zwischen dem Verdrängerkörper 2 und dem Joch 3 ist ein ringförmiger Trennkanal 4 gebildet. Das Eisenjoch weist umlaufende Nuten 5 auf, in denen Spulen 6 angeordnet sind. Der Trennkanal 4 und die Spulen 6 sind durch eine nicht näher dargestellte Trenn¬ wandung voneinander getrennt, so dass eine den Trennkanal 4 durchströmende Flüssigkeit die Spulen 6 nicht berührt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs Spulen darge- stellt, dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen, die Anzahl der in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Spulen kann beliebig gewählt werden. Über ein als Pumpe ausgebildetes Beschickungsmittel wird ein Einlass 7 des Trennkanals 4 kontinuierlich mit einer Suspension 8 befüllt. Die Suspension 8 enthält magnetisierbare und nicht magnetisierbare Bestandteile als Pulver oder Partikel, die in einer Flüssigkeit enthalten sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird Wasser als Flüssigkeit verwendet.
Die Strömungsrichtung wird durch den Pfeil 11 angegeben. Die nicht magnetisierbaren Bestandteile werden auch als taubes Gestein bezeichnet. Durch die Trennvorrichtung 1 sollen die magnetisierbaren Bestandteile aus der Suspension separiert werden.
Die Abtrennung der magnetisierbaren Teilchen, die in der Suspension 8 enthalten sind, erfolgt durch eine gesteuerte
Bestromung der mehreren Spulen 6, denen jeweils ein program- mierbares Netzteil 9 zugeordnet ist. Die Netzteile 9 dienen jeweils als Steuerungseinrichtung, um den Strom, mit dem eine Spule 6 versorgt wird, zu steuern. Alle Netzteile 9 sind über nicht näher dargestellte elektrische Verbindungen mit einem Controller 10 verbunden, der die einzelnen Netzteile 9 steu- ert, insbesondere die Phasenlage der einzelnen Ströme.
Durch eine bestimmte, festgelegte Bestromung der Netzteile 9 wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, dessen Gradient im Wesentlichen in Richtung der Spulen, d. h. radial nach außen zeigt, so dass magnetische Partikel in Richtung der Spule be¬ wegt werden.
Zur Erläuterung des Stromverlaufs wird zusätzlich auf Fig. 2 Bezug genommen. In Fig. 2 ist beispielhaft für die sechs Spu- len 6 dargestellt, wie sich der Strom über dem Phasenwinkel ändert. Der Phasenwinkel ist auf der waagerechten Achse auf¬ getragen, der normierte Strom über der senkrechten Achse. Bei der Bestromung der Spulen 6 ist wesentlich, dass benachbarte Spulen 6 mit entgegengesetzten Stromrichtungen bestromt werden. Wie sowohl aus Fig. 1 als auch Fig. 2 hervorgeht, weisen benachbarte Spulen 6 alternierende Stromrichtungen auf. Mit¬ tels eines Netzteils 9, das mit dem Controller 10 in Verbin- dung steht, wird der Strom, der einer Spule 6 zugeführt wird, gesteuert. Wie aus dem obersten Diagramm von Fig. 2 ersichtlich ist, hat der Strom, der der ersten Spule zugeführt wird, die Form einer positiven Halbwelle 12. Die näherungsweise si¬ nusförmige Halbwelle 12 befindet sich oberhalb der waagerech- ten Achse, dieser Strom wird daher als positiv definiert. Mit diesem Strom wird die oberste in Fig. 1 gezeigte Spule 6 an¬ gesteuert. Nach dem Verstreichen eines bestimmten Phasenabschnitts, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach 10°, wird die benachbarte Spule 14 durch das ihr zugeordnete Netz- teil 13 angesteuert. Allerdings wird die benachbarte Spule 14 durch einen Strom mit entgegengesetztem Vorzeichen beaufschlagt, der deshalb in Fig. 2 unterhalb der waagerechten Achse gezeigt ist. Dementsprechend weisen die Ströme, durch die die Spulen 6, 14 beaufschlagt werden, entgegengesetzte Richtungen und entgegengesetzte Vorzeichen auf. Der Betrag und die Dauer der Halbwelle des Stroms ist jedoch in beiden Fällen gleich.
Analog wird eine benachbarte Spule 15 von einem Netzteil 16 bestromt, sobald der Phasenwinkel 20° erreicht worden ist.
Der der Spule 15 zugeführte Strom weist ein entgegengesetztes Vorzeichen im Vergleich zu der benachbarten Spule 14 auf, es handelt sich somit um eine positive Halbwelle. Dementspre¬ chend wird die jeweils benachbarte Spule von einem Strom mit umgekehrtem Vorzeichen durchflössen, der um einen bestimmten Phasenwinkel, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 10°, verschoben ist. Dementsprechend wechseln sich positive und negative Halbwellen ab, die jeweils hinsichtlich der Phase verschoben sind. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat eine positive oder negative Halbwelle eine Phasenlänge von 30°, daran schließt sich ein stromloser Phasenabschnitt an. Während des stromlosen Zustands wirkt kein Magnetfeldgradient und damit keine Kraft auf die in der Suspension 8 enthaltenen Teilchen ein, dementsprechend lösen sie sich von der Innenfläche des Trennkanals 4 und werden durch die hydrodynamische Kraft der Strömung weiterbewegt.
Wenn ein magnetisierbares Teilchen eine bestromte Spule pas¬ siert, bewegt es sich unter dem Einfluss des Magnetfeldgra- dienten radial in Richtung der Spule bis es den äußeren Rand des Trennkanals 4 erreicht. Auf diese Weise werden die magne¬ tischen Teilchen kontinuierlich weiter nach außen bewegt, so dass sie sich entlang des Trennkanals ansammeln. Am äußeren Rand des Trennkanals bildet sich somit ein Bereich, in dem die magnetischen Teilchen in hoher Konzentration vorhanden sind . Am unteren Ende des Trennkanals ist eine Trennblende 17 ange¬ ordnet, so dass die magnetischen Partikel, die in Fig. 1 als ausgefüllte Kreise dargestellt sind, als Konzentrat von der Suspension 8 separiert werden können. Der verbleibende Teil der Suspension 8 verlässt den Trennkanal 4 durch einen Ablauf

Claims

Patentansprüche
1. Trenneinrichtung zum Separieren von in einer Suspension enthaltenen magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen, mit einem von der Suspension durchströmbaren Trennkanal, einem an einer Seite des Trennkanals angeordneten ferromagnetischen Joch, wenigstens einem Magnetfelderzeugungsmittel zur Erzeu¬ gung eines magnetischen Ablenkfelds sowie einem am Ausgang des Trennkanals angeordneten Trennelement zum Abtrennen der magnetischen oder magnetisierbaren Teilchen, wobei das Magnetfelderzeugungsmittel eine Mehrzahl entlang des Trennkanals angeordnete, mit einer Steuerungseinrichtung ansteuerbare Spulen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs¬ einrichtung zum Ansteuern benachbarter Spulen (6, 14, 15) mit alternierenden Stromrichtungen ausgebildet ist.
2. Trenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass der Gradient des durch die Spulen (6, 14, 15) erzeugten Mag- netfelds im Wesentlichen zu den Spulen (6, 14, 15) gerichtet ist .
3. Trenneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Spule (6, 14, 15) eine eigene Steue- rungseinrichtung zugeordnet ist.
4. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Steuerungs¬ einrichtung als programmierbares Netzteil (13, 16) oder als Umrichter ausgebildet ist.
5. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegengesetzt gerichteten Ströme benachbarter Spulen (6, 14, 15) phasenverschoben sind.
6. Trenneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung der Ströme benachbarter Spulen (6, 14, 15) 5° bis 20°, insbesondere 10°, beträgt.
7. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spule (6, 14, 15) lediglich mit einer positiven oder negativen Halbwelle bestromt wird.
8. Trenneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (6, 14, 15) zwischen zwei Halbwellen im Wesentlichen stromlos ist.
9. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Trennkanal (4) ein
Verdrängerkörper (2) angeordnet ist.
10. Trenneinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Trennkanals (4) eine Trennblende (17) angeordnet ist.
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