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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, durch das
bzw. die magnetisierbare Stoffe von nicht oder nur schwach magnetisierbaren Stoffen
getrennt und aus einem Feststoffgemisch abgetrennt werden können. Mittels
derartiger Verfahren bzw. Vorrichtungen lässt sich die sogenannte Magnetscheidung
durchführen,
wobei die unterschiedliche magnetische Suszeptibilität unterschiedlicher Materialien
ausgenutzt wird.
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Aus
dem bereits am 04.02.1908 angemeldeten
englischen
Patent Nr. 2498 ist eine Trennvorrichtung bekannt, bei
der eine Feststoffmischung zum Abtrennen des magnetisierbaren Anteils
zunächst über eine
zumindest beinahe senkrecht angeordnete Platte geführt wird,
hinter der ein Elektromagnet ein Magnetfeld erzeugt. Diese senkrecht
angeordnete Trennplatte wird durch eine mechanische Hebelanordnung
in eine Schwingbewegung versetzt. Unter Einfluss der Schwerkraft
rieselt das Feststoffgemisch über
die Trennplatte, auf der die magnetisierbaren Partikel zunächst festgehalten
werden. Durch den Schwerkrafteinfluss und die Schwingbewegungen wandern
die magnetisierbaren Partikel entlang der Trennplatte und werden
so aus dem Magnetfeld entfernt. Dabei erfahren die nichtmagnetisierbaren
Partikel durch die Schwingbewegungen der Platte eine Beschleunigung
in die dem Magnetfeld entgegengesetzte Richtung, so dass sie von
dem magnetisierbaren Material aufgrund ihrer unterschiedlichen Flugbahn
mittels eines Trennscheitels abgetrennt werden können.
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Bei
dieser bekannten Vorrichtung wird zur Trennung nur ein einziges
Magnetfeld eingesetzt, das in der Polrichtung konstant ist. Dadurch
werden die magnetisierbaren Partikel in eine dem konstanten Magnetfeld
entsprechende, gleichbleibende Ausrichtung gebracht. Da die magnetisierbaren
Partikel dabei im Magnetfeld verbleiben bzw. sich dort zumindest
anreichern, ist ihre Abtrennung von der Trennplatte relativ problematisch.
Aus diesem Grund kann nur mit einer sehr schwachen Feldstärke gearbeitet werden,
was die erzielbare Genauigkeit der Trennung sowie die Ausbringung
insbesondere bei kleinen und kleinsten Stoffpartikeln beschränkt. Von Nachteil
ist es außerdem,
dass die durch die Schwingbewegung der Trennplatte in das Material eingeleitete
Energie nicht optimal genutzt wird, da die Energie über die
gesamte Fläche
der Platte verteilt in das Material eingebracht wird.
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Ein
weiteres bekanntes Verfahren stellt die Magnetscheidung mittels
Wechselpolanordnung nach dem Modell von Laurila dar. Hier wird die
Feststoffmischung zur Abtrennung des magnetisierbaren Anteils auf
eine Trommel aufgegeben, in deren Inneren Magnete mit abwechselnder
Polung angeordnet sind. Die Pole sind so angeordnet, dass über den Umfang
der Trommel ein Wechselfeld erzeugt wird. Durch Drehung des Magnetsystems
im Inneren der Trommel oder durch Bewegen der Trommel bei Stillstand
des Magnetsystems werden die Partikel relativ zu den Magnetpolen
bewegt und somit in eine Rotationsbewegung versetzt. Häufig ist
das Magnetsystem in der Trommel exzentrisch angeordnet, so dass eine
Entfernung des magnetisierbaren Materials durch eine Entfernung
aus dem Magnetfeld erfolgt.
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Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, dass das Material nur unter bestimmten
Umständen
in eine Drehbewegung versetzt wird. Dies ist unter anderem abhängig von
der Drehgeschwindigkeit der Trommel, bzw. des Magnetsystems, des
Korngrößenspektrums des
Aufgabematerials und der Rauhigkeit der Trommeloberfläche. Eine
Abtrennung der nichtmagnetisierbaren Partikel erfolgt hauptsächlich durch Schwerkrafteinfluss
und Trägheitskräfte. Die
Konstruktion dieser Vorrichtung ist problematisch, da die Trommel äußerst genau
gefertigt werden muss, um die gewünschte gleichmäßige Trommelwanddicke mit
hoher mechanischer Stabilität
zu gewährleisten, ohne
dass der Magnetkraftverlust aufgrund einer zu dicken Trommelwand
zu groß wird.
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Eine
weitere Vorrichtung zur Magnetscheidung ist aus dem bereits 1919
angemeldeten
englischen Patent
Nr. 152 549 bekannt. Bei dieser in aushebender Weise arbeitenden
Vorrichtung wird die Feststoffmischung zur Abtrennung des magnetisierbaren
Anteils auf einen mittels einer exzentrisch gelagerten Welle in
Schwingung versetzten Tisch aufgebracht, über dem sich eine starre Trommel
dreht, die auf ihrer Oberfläche
mit in die Feststoffmischung eingreifenden Rippen versehen ist.
Im Inneren der Trommel ist ein stationäres Magnetsystem angeordnet,
das ein konstantes und relativ zum Tisch stets gleich ausgerichtetes
Magnetfeld erzeugt.
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Nachteilig
bei dieser Vorrichtung ist es, dass sie insbesondere bei sehr feinen
oder pulverförmigen Feststoffmischungen
eine saubere Trennung nicht ermöglicht.
Die bei Feinstkorngemischen auftretenden interpartikulären Kräfte können hiermit
nicht überwunden
werden, was einen Fehlaustrag begünstigt. Auch wird bei feinen
Pulvern oder Stäuben
die Flugbahn der einzelnen Partikel aufgrund des mit der spezifischen
Oberfläche
wachsenden Luftwiderstands deutlich geringer. Deswegen muss der
Abstand zwischen dem Tisch und der darüber gelagerten Trommel sehr
gering sein, was wiederum die Gefahr von Verstopfungen hervorruft.
Außerdem
kann es bei dieser Vorrichtung je nach Eisengehalt auch durch die
Bildung von sogenannten „Eisenbärten", d.h. durch Zusammenballungen
von Eisenspänen
im Magnetfeld zu Verstopfungen kommen.
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Für die Trennung
von pulverförmigen
oder feinstkörnigen
Feststoffgemischen sind alle bisher bekannten Magnetscheidevorrichtungen
und Magnetscheideverfahren allenfalls schlecht oder gar nicht geeignet.
Körner
in diesem Korngrößenbereich
sind schwer zu trennen aufgrund ihrer unregelmäßigen Kornform und der großen spezifischen
Oberfläche. Der
heutige Stand der Technik auf dem Gebiet der Trennung von Feinstkorn
versucht eine Trennung durch Kornform, Korngröße und/oder Dichte vorzunehmen.
Die Behandlung der Materialien mittels Magnetscheidern führt dabei
zu keinem Trennerfolg, da in diesem Korngrößenbereich die interpartikulären Kräfte im Material
zu groß sind.
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Als
Alternative zu dem Trennprinzip der Magnetscheidung kennt man ferner
auch das Prinzip der Wirbelstromscheidung. Hierdurch sind jedoch
lediglich elektrisch leitfähige
Teile oder Feststoffpartikel von elektrisch nicht leitfähigen Teilen
bzw. Partikeln abtrennbar. Eine Trennung magnetisierbarer Teilchen
von nicht magnetisierbaren Teilchen ist mit der Wirbelstromscheidung
nicht möglich,
was einen wesentlichen Unterschied zu dem Prinzip der Magnetscheidung
darstellt. Wirbelstromscheidevorrichtungen sind beispielsweise aus
der
US 5 860 532 A oder der
DE 39 06 422 C1 bekannt.
Dabei wird ein Wechselmagnetfeld mittels exzentrisch gelagerter
Rotoren, auf denen Permanentmagneten angeordnet sind, erzeugt. Das
Wechselmagnetfeld dient bei der Wirbelstromscheidung zur Abtrennung
von elektrisch leitfähigen,
nicht magnetisierbaren Bestandteilen aus einem Feststoffgemisch.
Im Wechselmagnetfeld werden in den elektrisch leitfähigen Teilen
Wirbelströme induziert,
welche wiederum eigene Magnetfelder aufbauen, die dem Erzeugermagnetfeld
entgegengerichtet sind. Dadurch können diese elektrisch leitfähigen Teilchen
von dem restlichen Gemisch, d.h. von den elektrisch nicht leitfähigen Teilchen
abgetrennt werden. Eine Abtrennung der magnetisierbaren Teile aus
dem vorliegenden Feststoffgemisch ist mit derartigen Aggregaten
aber nicht durchführbar,
weswegen sie für
die Durchführung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht geeignet sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Vorrichtungen und
Verfahren der Magnetscheidung dahingehend zu verbessern, dass die oben
genannten Nachteile überwunden
werden und eine genaue Abtrennung magnetisierbarer Partikel auch
bei feinstkörnigen
und pulverförmigen
Materialgemischen schnell und effektiv durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren nach Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach Anspruch
15 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den jeweils abhängigen
Ansprüchen.
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Wesentlich
bei der erfindungsgemäßen Lösung ist
es, dass das Feststoffgemisch zunächst auf die Oberseite einer
Trennfläche
aufgebracht wird, dass ein Magnetfeld durch mindestens einen unterhalb
der Unterseite der Trennfläche
vorgesehenen Magnetfelderzeuger derart erzeugt wird, dass sich das
Magnetfeld zumindest zeitweise mit einer parallel zur Trennfläche gerichteten
Komponente bewegt, und dass mit einem oder mit mehreren Schlagelement(en)
gegen die Trennfläche
geschlagen wird. Obwohl je nach der Beschaffenheit des Feststoffgemischs
bereits ein Schlag ausreichen kann, wird vorzugsweise mehrfach gegen
die Trennfläche
geschlagen.
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Die
Lösung
geht dabei von dem Gedanken aus, dass für die gewünschte Trennung der magnetisierbaren
Partikel von den nicht magnetisierbaren Partikeln die zwischen den
Partikeln wirkenden Kräfte überwunden
werden müssen,
was erfindungsgemäß durch
die gezielte Einleitung von Scher-, Reib- und Druckkräften in das zu trennende Material
erfolgt. Dazu wird eine Kombination vom magnetischen Kräften mit
einer gezielten Einleitung von Schlagimpulsen in das zu trennende
Material vorgeschlagen.
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Der
Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt darin, dass auch Gemische aus sehr kleinen und kleinsten Partikeln
besonders effektiv getrennt werden können. Dabei wird mit dem relativ schnell
und einfach durchführbaren
Verfahren eine große
Trennleistung sowie eine sehr exakte Trennung bzw. ein hoher Reinheitsgrad
erreicht.
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Die
insbesondere im dispersen Bereich mit Korngrößen unterhalb von 10 μm wirkenden
starken interpartikulären
Kräfte
setzen sich zusammen aus Van-der-Waals-Kräften und
elektrostatischen Kräften.
Darüber
hinaus stellen form schlüssige
Bindungen und Flüssigkeitsbrücken Kräfte dar,
die im gesamten Korngrößenbereich
zu Agglomerationen führen
können.
Festkörperbrücken zwischen
einzelnen Partikeln können
ebenfalls auftreten. Zur Trennung der magnetisierbaren Partikel
von den nicht magnetisierbaren oder nur weniger stark magnetisierbaren Partikeln
müssen
diese vorgenannten Kräfte überwunden
werden.
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Die
hierfür
benötigte
Kräftedifferenz
wird erfindungsgemäß erzeugt,
indem ein Magnetfelderzeuger das Materialgemisch anzieht und mit
dem bewegten Magnetfeld bewegt, während zusätzlich mittels eines Schlagelements
gegen die das Materialgemisch tragende Trennfläche geschlagen wird. Die dabei
auftretende Beschleunigung der nicht magnetisierbaren Partikel entgegen
der Magnetkraft und der Schwerkraft durch den Schlag ist größer als
die der magnetisierbaren Partikel, die im Magnetfeld verbleiben.
Durch das bewegte Magnetfeld wird das zu trennende Feststoffgemisch
ständig
umgeschichtet, so dass zusätzliche
Reib- und Scherkräfte
auf das Material einwirken und zur Trennung von magnetisierbarem
und nichtmagnetisierbarem Material im Magnetfeld führen.
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Ein
wesentlicher Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens liegt somit
in der gezielten Einleitung von Kräften zur Verstärkung der
Kräftedifferenz,
die zur Trennung der Kleinstpartikel benötigt wird. Durch die zeitliche
und örtliche
Trennung von Schichtungs- und Trennphase erhöht sich die Trennwirkung um
ein Vielfaches. Bei üblichen
trocken arbeitenden Magnetscheidern findet eine Trennung demgegenüber nur
durch die Kräftedifferenz
zwischen der Magnetkraft einerseits und der aus der kinetischen
Energie der Partikel resultierenden Kraft andererseits statt. Dabei
wird selbst bei sehr hohen Partikelgeschwindigkeiten keine ähnliche
Kräftedifferenz
erreicht wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die
Erfindung ist grundsätzlich
geeignet zur Trennung aller fein- bis feinstkörnigen Materialgemische, die
magnetisierbare Bestandteile enthalten und getrocknet vorliegen.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung stellt die Aufbereitung von
getrockneten Schleifschlämmen
dar, wobei das Ziel die Rückgewinnung
der metallischen Werkstoffe und der nichtmetallischen Schleifscheibenteile
ist. Bisher werden Schleifschlämme
meistens zusammen mit Drehspänen
zu Pellets verpresst, wobei die Pellets zu 80–90% aus Drehspänen bestehen,
um die nötige Stabilität aufzuweisen.
Durch eine Abtrennung der metallischen Bestandteile aus dem getrockneten Schleifschlamm
können
diese hingegen sofort und ohne Drehspäne zu Pellets verpresst werden.
Außerdem
können
vorteilhafterweise auch die so abgetrennten Schleifscheibenbestandteile
aufbereitet werden. Weitere Anwendungsgebiete können beispielsweise in Industriezweigen
liegen, bei denen es darauf ankommt hochreine Pulver zu erzeugen,
z.B. in der medizinischen Industrie, Lebensmittelindustrie, Rohstoffaufbereitung,
Schleifmittelherstellung. Je nach Einsatzgebiet können dabei
sowohl die magnetisierbaren als auch die nicht magnetisierbaren
Partikel wieder in einen Rohstoffkreislauf integriert werden.
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Zweckmäßigerweise
werden der Magnetscheidung andere Klassierstufen vorgeschaltet,
da eine vorhergehende Fraktionierung und Voranreicherung sich positiv
auf das Trennergebnis auswirken.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Polungsrichtung des Magnetfeldes in
regelmäßigen oder
unregelmäßigen Zeitabständen gewechselt wird,
so dass sich ein bewegtes Wechselmagnetfeld ergibt. Die sich in
dem Magnetfeld befindenden magnetisierbaren Partikel werden selber
zu Permanentmagneten, die sich im Magnetfeld gemäß der magnetischen Feldlinien
ausrichten. Das bewegte Magnetfeld bzw. Wechselmagnetfeld führt deshalb
dazu, dass die magnetisierbaren Partikel sich entsprechend der Bewegungsfrequenz
des Magnetfelds mitbewegen und beim Wechseln der Polung auch drehen.
Diese Drehung wiederum führt
dazu, dass nicht magnetisierbare Partikel von magnetisierbaren Partikeln
leichter abgeschert werden können.
Zudem wird durch die Drehbewegung das auf die Trennfläche aufgebrachte
Feststoffgemisch aufgelockert und in einen fluidähnlichen Zustand gebracht,
der verhindert, dass nichtmagnetisierbare Partikel von magnetisierbaren
Partikeln eingeschlossen werden, was ebenfalls die Genauigkeit der
Trennung erhöht.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Feststoffgemischen
angewendet, die aus sehr kleinen Partikeln bestehen. Dabei wird
eine besonders effektive Trennung bei Pulver- oder kornförmigen Feststoffgemischen
erzielt, die Partikel enthalten, deren mittlerer Durchmesser zwischen
1 μm und
5 mm, insbesondere zwischen 3 μm
und 1 mm beträgt.
Besonders bevorzugte Partikelgrößen haben
einen mittleren Durchmesser von 10 μm bis 300 μm. Gleichwohl kann das erfindungsgemäße Verfahren
ebenso auch bei Materialgemischen eingesetzt werden, die größere Partikel
oder Teile enthalten. Auch dabei wird eine gegenüber den vorbekannten Verfahren hinsichtlich
der Reinheit und der Ausbringleistung verbesserte und somit effektivere
Trennung erzielt.
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Besonders
günstig
ist es, wenn mit dem mindestens einen Schlagelement von unten gegen
die Unterseite der Trennfläche
geschlagen wird. Dabei werden vorzugsweise wiederholt Schläge gegen
die Trennfläche
ausgeführt,
um die Auflockerung des zu trennenden Feststoffgemischs besonders
wirkungsvoll zu unterstützen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass als Trennfläche eine
Ebene aus einem zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig flexiblen
Material eingesetzt wird. Auf diese Weise ist die Schlagenergie
besonders wirkungsvoll in das auf der flexiblen Trennfläche befindliche
Materialgemisch einleitbar, und die zur Trennung von Kleinstpartikeln
benötigte
Kräftedifferenz
fällt besonders
groß aus.
Dabei sollte eine möglichst
dünne aber
trotzdem noch ausreichend stabile Trennebene gewählt werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn mit dem Schlagelement eine schräg gegen
die Trennfläche
auftreffende Schlagbewegung ausgeführt wird, die beim Auftreffen
auf die Trennfläche
eine senkrecht zur Trennfläche
gerichtete Bewegungskomponente sowie eine parallel zur Trennfläche gerichtete Bewegungskomponente
aufweist. Dadurch wird insbesondere bei horizontal ausgerichteten
Trennflächen
die Auflockerung des darauf befindlichen Feststoffgemischs wirkungsvoll
unterstützt.
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Die
Effektivität
der Trennung kann weiterhin dadurch gesteigert werden, dass mit
dem Schlagelement bzw. mit den Schlagelementen während der Bewegung des Magnetfeldes
und somit auch während der
Bewegung des Feststoffgemischs gegen die Trennfläche geschlagen wird, so dass
es zu einer Überlagerung
der auf das Feststoffgemisch wirkenden Kräfte bzw. Impulse kommt.
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Vorzugsweise
wird das bewegte Magnetfeld durch mindestens einen bewegten Magnet
erzeugt. Dieser kann als Elektromagnet oder als Permanentmagnet
ausgeführt
sein. Es ist jedoch ebenso möglich,
als Magnetfelderzeuger mindestens einen ortsfesten Elektromagnet
zu verwenden, der durch wechselnden Strom beaufschlagt wird. In
allen Fällen reicht
es dabei bereits aus, wenn das Magnetfeld zeitweise bewegt wird.
Besonders vorteilhaft ist jedoch eine permanente Bewegung des Magnetfeldes.
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Wenn
mindestens ein bewegter Magnet verwendet wird, ist es günstig, wenn
dieser geradlinig oder bogenförmig
hin- und her bewegt wird, so dass auch das zu trennende Materialgemisch
eine Hin- und Herbewegung ausführt.
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Alternativ
dazu kann der Magnet bzw. können
die Magnete unterhalb der Trennfläche auch kreisförmig um
eine Achse bewegt werden. Vorteilhafterweise erstreckt sich diese
Achse dabei zumindest annähernd
parallel zur Ebene der Trennfläche, wodurch
die Bewegung des Feststoffgemischs auf der Trennfläche begünstigt wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei ferner, wenn zwei oder mehr Magnete zusammen
mit mindestens einem Schlagelement auf einem Rotor angeordnet sind,
der unterhalb der Trennfläche
um eine Rotorachse gedreht wird, die zumindest annähernd parallel
zu der Trennfläche
ausgerichtet ist. Die Schlagelemente sind dabei vorzugsweise auf
der Oberfläche
des Rotors derart angeordnet, dass sie mit der Unterseite der Trennfläche in Kontakt
kommen können,
um die gewünschten
Schlagenergie in das Feststoffgemisch einbringen zu können. Auch können mehrere
Rotoren unterhalb einer Trennfläche angeordnet
sein.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das zu trennende Feststoffgemisch auf die Trennfläche aufgebracht, wenn
sich diese in einer zumindest annähernd horizontal ausgerichteten
Position befindet, wobei die Trennfläche danach in eine schräg und/oder
senkrecht ausgerichtete Position geschwenkt wird. Bei dieser Schwenkbewegung
wird die infolge der Schwerkraft zunächst auf die Partikel einwirkende, ihre
Bewegung bremsende Reibkraft allmählich reduziert und mit wachsender
Schrägstellung
ein Ablösen der
nicht magnetisierbaren Partikel ebenfalls unter dem Einfluss der
Schwerkraft zunehmend erleichtert. Insbesondere kann die Trennfläche auch über eine vertikale
Ausrichtung hinausgehend in eine Überkopfposition weiterbewegt
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn mehrere winklig zueinander ausgerichtete
Trennflächen
in Form einer Trommel hintereinander angeordnet sind und kontinuierlich
um eine gemeinsame Trommelachse gedreht werden. Auf diese Weise kann
ein kontinuierlicher ablaufender Trennungsprozess bei einem kontinuierlich
zugeführten
Partikelstrom besonders günstig
durchgeführt
werden.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
dabei unter jeder Trennfläche
einer derartigen Trommel jeweils mindestens ein Rotor mit einer
Drehgeschwindigkeit bewegt, die größer ist als die Drehgeschwindigkeit der
Trommel. Vorzugsweise beträgt
die Rotationsgeschwindigkeit der Rotoren ein Vielfaches der Drehgeschwindigkeit
der Trommel, so dass entsprechend viele Schläge während der Bewegung einer jeden Trennfläche auf
diese ausgeübt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Abtrennung
magnetisierbare Stoffe aus einem Feststoffgemisch im Wege der Magnetscheidung,
die konstruktiv einfach aufgebaut ist und eine hochgenaue Trennung
auch bei pulverförmigen oder
feinstkörnigen
Feststoffgemischen ermöglicht. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst eine Trennfläche
zur Aufnahme des Feststoffgemisches, wobei unterhalb der Trennfläche mindestens
ein Magnetfelderzeuger angeordnet ist, durch den ein Magnetfeld
erzeugt werden kann, welches zeitweise oder ständig bewegt ist. Ferner umfasst
die Vorrichtung ein oder mehrere Schlagelement(e), das bzw. die zum
Schlagen gegen die Trennfläche
ausgebildet sind. Insbesondere ist mit dieser Vorrichtung das voranstehend
beschriebene Verfahren ausführbar.
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Besonders
vorteilhaft ist es bei der Vorrichtung, wenn mehrere winklig zueinander
ausgerichtete Trennflächen
in Form einer um eine gemeinsame Trommelachse drehbaren Trommel
angeordnet sind, wobei unter jeder Trennfläche mindestens ein Rotor gelagert
ist, der mehrere Magnete und mindestens ein Schlagelement umfasst,
und der um eine Rotorachse drehbar ist, die zumindest annähernd parallel
zu der jeweiligen Trennfläche
ausgerichtet ist. Dabei sind die Achsen der Rotoren vorzugsweise
auch parallel zu der Trommelachse ausgerichtet. Durch die mit den
Rotoren rotierenden Magnete wird für jede Trennfläche auf
besonders einfache Weise ein bewegtes Magnetfeld erzeugt. Vorzugsweise
sind die Schlagelemente als auf der Umfangsfläche der Rotoren vorstehende
Schlagkanten ausgebildet, die sich über die gesamte Breite der
Rotoren erstrecken können.
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Die
Achsen der Rotoren werden relativ zu der jeweiligen Trennfläche nicht
bewegt, wodurch das bei üblichen
Wechselpolscheidern auftretende Problem des Haftenbleibens der Partikel über den Magnetpolen
vermieden wird. Alle magnetisierbaren Partikel werden somit unabhängig von
ihrer Korngröße in eine
Rotationsbewegung durch das magnetische Wechselfeld versetzt.
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Vorteilhafterweise
ist die Trommel, welche die einzelnen Trennflächen bildet und die Rotoren umhüllt, aus
einem zumindest teilweise, vorzugsweise aus einem vollständig flexiblen
Material gebildet, das über
mehrere sich zumindest im wesentlichen radial erstreckende Trommelarme
aufgespannt ist. Dabei kann die Länge der Trommelarme und damit
verbunden die Spannung der Trennflächen reguliert und/oder der
Abstand der Rotorachsen zu den jeweiligen Trennflächen verändert werden.
Durch die Regulierbarkeit der Spannung kann gezielt der Schlagenergieeintrag
eingestellt werden. Die Verstellbarkeit des Abstands zwischen Trennebene
und Rotor, dient zur Einstellung der Feldstärke des bewegten Magnetfeldes.
Dabei kann im Gegensatz zu üblichen Wechselpolscheidern
durch die Spannstreben, die die Trommel über den Rotoren spannt, auch
bei relativ dünnen
Trennflächen
eine extrem steife Konstruktion erreicht werden. Dünne Trennflächen haben
die Vorteile, dass der Magnetkraftverlust gering bleibt und dass
die Schlagenergie gezielter in das zu trennende Materialgemisch
eingebracht werden kann.
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Ein
genau definierter Energieeintrag in das zu trennende Feststoffgemisch
ist dabei sowohl durch eine Veränderung
der Frequenz des Magnetwechselfelds als auch durch eine Veränderung
der Schlagintensität
einstellbar. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene
Magnetscheidekonzept weist damit den wesentlichen Vorteil auf, dass
aufgrund der geometrischen Anordnung die Trennintensität unabhängig von
der Trenndauer eingestellt werden kann.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Entfernung der magnetisierbaren
Stoffe von den Trennflächen
mindestens eine Bürste
vorgesehen ist, deren Borsten auch bei einer Drehung der Trommel
stets an der Trommeloberfläche
anliegen und so die anhaftenden Stoffe entfernen.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn die Bürste als rotierende Rundbürste ausgebildet
ist, die gegen die Trommeloberfläche
angedrückt
wird, um das Abtrennen der magnetisierbaren Partikel von den Trennflächen zu
verbessern. Ein besonders einfacher Abtransport der durch die Bürste von
der Trommel abgenommenen magnetisierbaren Partikel kann dadurch
erreicht werden, dass die Bürste
an einer schwenkbaren Schurre gelagert ist, über die die magnetisierbaren
Partikel auch aus dem Magnetfeld entfernt werden. Alternativ kann
die Bürste
auch an einem schwenkbar gelagerten Arm angeordnet sein.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigen:
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1:
Schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Magnetscheidevorrichtung;
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2:
Vergrößerte Darstellung
eines Rotors aus 1; und
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3a bis 3d:
Vereinfachte Darstellung der Partikelbewegungen während der
Trennung.
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Bei
der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Magnetscheidevorrichtung 1 wird
ein pulverförmige
Feststoffgemisch 2 über
einen Vibrationsförderer 3 von
oben auf eine Trommel 4 aufgegeben, die sich um eine horizontal
gelagerte Trommelachse 5 dreht. Die Trommel 4 umfasst
hier neun umfangsmäßig hintereinander
angeordnete Trennflächen 6,
die jeweils aus einem dünnen
und flexiblen, aber dennoch ausreichend festem Material bestehen,
das über
die Endpunkte 7 von neun sich ausgehend von der Trommelachse 5 radial
nach außen
erstreckenden Haltearmen 8 gespannt ist.
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Unterhalb
jeder Trennfläche 6 ist
jeweils ein walzenförmiger
Rotor 9 gelagert, der um eine Rotorachse 10 drehbar
ist, die parallel zu der Trommelachse 5 und somit auch
parallel zu der jeweiligen Trennfläche 6 verläuft. Die
Breite der Rotoren 9 entspricht dabei im wesentlichen der
Breite der Trommel 4. Alternativ können die Rotoren 9 auch
schmaler ausgeführt
sein als die Trommel 4. Jeder Rotor 9 weist an
seinem Umfang vier sich über
die gesamte Rotorbreite erstreckende stabförmige Permanentmagnete 11 auf,
deren Pole in radialer Ausrichtung abwechselnd orientiert sind,
so dass bei zwei sich gegenüberliegenden
Magneten 11 der Nordpol N und bei den beiden jeweils mittig
dazwischen befindlichen Magneten 11 der Südpol S nach
außen
weist.
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Außerdem weist
jeder Rotor 9 zwei sich diametral gegenüberliegende kantenartige Schlagelemente 12 auf,
die sich ebenfalls über
die gesamte Rotorbreite erstrecken und über den äußeren Umfang des Rotors 9 radial
nach außen
vorstehen. Sie treffen bei Drehung der Rotoren 9 von unten
gegen die Unterseite 13 der Trennflächen 6. So führt die Drehung
eines Rotors 9 gleichzeitig zu dem bewegten Magnetfeld
als auch zu der Ausübung
der Schlagimpulse an der jeweiligen Trennfläche 6. Bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
dreht sich die Trommel 4 gegen den Uhrzeigersinn, während sich
die einzelnen Rotoren 9 alle im Uhrzeigersinn drehen. Diese
durch Pfeile angedeuteten, einander entgegengesetzten Drehrichtungen
führen
zu einer besonders effektiven Trennung.
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Die
Endpunkte 7 der längenveränderbaren Haltearme 8 sind
in radialer Richtung 14 weiter nach innen oder außen verstellbar,
wodurch der Abstand der Rotorachse 10 und der Schlagkanten 12 zur
jeweiligen Trennfläche 6 und
damit auch die in das zu trennende Material 2 eingebrachte
Schlagenergie variierbar ist (2).
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Das
pulverförmige
Feststoffgemisch 2 fällt von
dem Vibrationsförderer 3 stets
auf die sich oben befindende Trennfläche 6 der Trommel 4.
Durch Drehung der gesamten Trommel 4 um ihre Achse 5 wird der
die Magneten 11 und Schlagkanten 12 tragende Rotor 9 unter
dem Aufgabestrom hergeführt.
Das Material 2 wird dabei zunächst von den Magneten 11 des
jeweils nächstliegenden
Rotors 9 angezogen und gelangt so in den beschriebenen
Trennprozess. Die während
des Trennprozesses aus dem Feststoffgemisch 2 abgetrennten
nicht oder nur schwach magnetisierbaren Partikel 15 werden
in einem ersten Auffangbehälter 16 aufgefangen.
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Die
im Bereich des Magnetfelds verbleibenden stark magnetisierbaren
Partikel 17 werden durch die weitere Drehung der Trommel 4 in
den Bereich einer rotierenden Bürste 18 geführt. Die
Bürste 18 schiebt
die magnetisierbaren Partikel 17 zunächst aus dem Magnetfeld heraus
und lenkt sie in eine schwenkbar gelagerte Schurre 19 um.
Hierdurch werden die magnetisierbaren Partikel 17 komplett aus
dem Bereich der anziehenden Magnetfelder entfernt und können durch
die Schurre 19 in einen zweiten Auffangbehälter 20 geleitet
werden. Anstelle der Auffangbehälter 16 und 20 sind
selbstverständlich auch
andere Arten des Abtransports oder der Sammlung möglich, insbesondere
der Abtransport mittels eines Förderbands.
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Aufgrund
der schwenkbaren Anlenkung des unteren Endes der Schurre 19 bleibt
die Bürste 18 stets
in Kontakt mit der Oberfläche
der Trommel 4 bzw. mit den Trennflächen 6. Der Druck
der Bürste 18 auf
die Trennflächen 6 erfolgt
dabei durch das Eigengewicht der Schurre 19 und der Bürste 18.
Gegebenenfalls kann jedoch mittels einer Spannvorrichtung der Anpressdruck
verstärkt
werden, um das Abtrennen der magnetisierbaren Partikel 17 von
den Trennflächen 6 zu
verbessern.
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Nachfolgend
wird anhand der in den 3a bis 3d vereinfacht
dargestellten Partikelbewegung der Trennmechanismus näher erläutert. Die runden
Körper
stellen die nicht magnetisierbaren Partikel 15 dar, während die
rechteckigen Körper
die magnetisierbaren Partikel 17 darstellen. Der Rotor 9 dreht
sich dabei unterhalb der Trennfläche 6 entgegen
des Uhrzeigersinns.
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Wie
in 3a dargestellt klemmen zunächst die magnetisierbaren Partikel 17 die
nicht magnetisierbaren Partikel 15 in den Zwischenräumen fest,
so dass in dieser Phase noch keine Trennung stattfindet. So werden
alle Partikel 15, 17 zunächst unabhängig von ihrer Magnetisierbarkeit
zusammen nach links beschleunigt, da sie gemeinsam der Bewegung des
Magnetfeldes des auf dem Rotor 9 am nächstliegenden Magnets 11a folgen.
Die an den Partikeln 15, 17 angreifenden Kraftkomponenten
lassen sich dabei in eine parallel zur Ebene der Trennfläche 6 angeordnete
Komponente und eine senkrecht zur Ebene der Trennfläche 6 angeordnete
Komponente zerteilen. Die senkrecht zur Ebene der Trennfläche 6 angeordnete
Komponente ist dabei für
die auftretende Reibkraft zwischen den Partikeln 15, 17 und
der Trennfläche 6 verantwortlich.
Die parallel zur Trennfläche 6 verlaufende
Kraftkomponente, die in dieser Position größer ist als die senkrecht verlaufende Kraftkomponente,
beschleunigt die Partikel 15, 17 nach links.
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Durch
die weitere Drehung des Rotors 9 und damit auch des Magneten 11a werden
die Partikel 15, 17 solange weiter geschleppt,
bis ein Gleichgewicht zwischen der beschleunigenden Kraft parallel zur
Trennfläche 6 und
der indirekt abbremsenden Kraft, die senkrecht zur Trennfläche 6 steht,
eintritt. Gleichzeitig richten sich die magnetisierbaren Partikel 17 entlang
des magnetischen Feldes des Magneten 11a aus und sie werden
mit der Drehung des Magnetes 11a auf dem rotierenden Rotor 9 auf
der Trennfläche 6 ebenfalls
in ihrer Ausrichtung gedreht. Die Partikel 15, 17 erreichen
schließlich
einen Todpunkt, in dem sie stehen bleiben. Durch die starke Bremsbeschleunigung
können
hier schon nicht magnetische Teilchen 15, die am äußeren Rand
des Partikelhaufens liegen, aus dem Gemisch abgetrennt werden.
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Danach
zieht das Magnetfeld des auf der gegenüberliegenden Seite auftauchenden
Magneten 11b die Partikel 15, 17 an.
Die Beschleunigung aller Partikel 15, 17 in Richtung
des auftauchenden Magneten 11b (in den Figuren nach rechts)
ist sehr groß, da
die senkrecht zur Trennfläche 6 wirkende
Kraftkomponente sehr klein ist und die parallel zur Trennfläche 6 wirkende
Kraftkomponente sehr groß ist. Während dieses
Beschleunigungsvorganges steigt die kinetische Energie der Partikel 15, 17 stark
an. Dann trifft die Schlagkante 12 von unten gegen die Trennfläche 6 (3b).
Durch das Auftreffen der Schlagkante 12 wird die Bewegungsrichtung
der Partikel 15, 17 nach außen umgelenkt, wobei sich die Partikel 15, 17 von
der Trennfläche 6 entfernen.
Dabei wird das Material gleichzeitig aufgelockert, so dass die bisher
eingeschlossenen nicht magnetisierbaren Partikel 15 sich
von den magnetisierbaren Partikeln 17 abtrennen können (3c).
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Die
magnetisierbaren Partikel 17 werden dann wieder vom nächstliegenden
Magneten 11b angezogen und erneut nach links beschleunigt.
Die nichtmagnetisierbaren Partikel 15 fliegen hingegen aus
dem Magnetfeld heraus und können
durch Ausnutzung der Schwerkraft abgetrennt werden (3d).