DE102008047841B4

DE102008047841B4 - Vorrichtung zum Abschneiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension

Info

Publication number: DE102008047841B4
Application number: DE102008047841.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Danov Vladimir; Dr. Gromoll Bernd
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: CA2737506A1; WO2010031616A1; US20120012512A1; PE20110531A1; AU2009294831B2; AU2009294831A1; CN102159320A; DE102008047841A1; CA2737506C; US8357294B2; CN102159320B

Abstract

Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension, mit einem von der Suspension durchströmbaren rohrförmigen Reaktor mit wenigstens einem Magneten, wobei im Inneren des Reaktors (2) ein Verdrängerkörper (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (2) wenigstens eine mit Unterdruck beaufschlagbare, von der Außenwand des Reaktors (2) abzweigende Absaugleitung (3) aufweist, die im Bereich der Abzweigung von einem Permanentmagnet (4) umgeben ist und die ein durch eine Steuerungsvorrichtung steuerbares Absperrventil aufweist, das zum Absaugen der unter Einfluss des Magnetfeldes gesammelten ferromagnetischen Partikel öffenbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Um ferromagnetische Bestandteile, die in Erzen erhalten sind, zu gewinnen, wird das Erz zu Pulver gemahlen und das erhaltene Pulver mit Wasser gemischt. Diese Suspension wird einem Magnetfeld ausgesetzt, das durch einen oder mehrere Magnete erzeugt wird, sodass die ferromagnetischen Partikel angezogen werden, wodurch diese aus der Suspension abgeschieden werden können.
Aus der DE 27 11 16 A ist eine Vorrichtung zum Trennen ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension bekannt, bei der eine aus Eisenstäben bestehende Trommel verwendet wird. Die Eisenstäbe werden während der Drehung der Trommel abwechselnd magnetisiert, sodass ferromagnetische Partikel an den Eisenstäben anhaften, wohingegen andere Bestandteile der Suspension zwischen den Eisenstäben herunterfallen.
In der DE 26 51 137 A1 wird eine Vorrichtung zur Trennung magnetischer Partikel von einem Erzmaterial beschrieben, bei der die Suspension durch ein Rohr geleitet wird, das von einer Magnetspule umgeben ist. Die ferromagnetischen Partikel sammeln sich am Rand des Rohrs an, andere Partikel werden durch ein mittleres Rohr, das sich im Inneren des Rohrs befindet, abgeschieden.
Ein magnetischer Separator wird in der US 4 921 597 A beschrieben. Der magnetische Separator besitzt eine Trommel, auf der eine Mehrzahl von Magneten angeordnet ist. Die Trommel wird entgegengesetzt zur Fließrichtung der Suspension gedreht, sodass ferromagnetische Partikel an der Trommel anhaften und von der Suspension getrennt werden.
Ein Verfahren zur kontinuierlichen magnetischen Separation von Suspensionen ist aus der WO 02/07889 A2 bekannt. Dort wird eine drehbare Trommel verwendet, in der ein Permanentmagnet befestigt ist, um ferromagnetische Partikel aus der Suspension abzuscheiden.
Aus dem Dokument DE 41 24 990 A1 ist eine Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension bekannt, mit einem von der Suspension durchströmbaren rohrförmigen Reaktor mit wenigstens einem Magneten.
Die DE 30 13 635 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Ausscheiden magnetischer Teilchen, die dazu vorgesehen ist, einzelne mikroskopische radioaktive Partikel, die in einem Primärkühlmittel und einem Sekundärkühlmittel eines Reaktorkühlsystems mitgeführt werden, auszuscheiden.
US 4 594 149 A offenbart eine Trenneinrichtung für Erzpartikel. Die zu trennenden Partikel werden in ein Trennungsrohr eingebracht, das von einem Magneten umgeben ist, der ein im Wesentlichen axialsymmetrisches Magnetfeld erzeugt.
In der US 4 416 771 A wird ein Magnetkonzentrator zum Ausscheiden von Partikeln aus einer Suspension vorgeschlagen. Der Magnetkonzentrator umfasst einen Zylinder, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, die die Fallgeschwindigkeit von Partikeln begrenzt.
Bei bekannten Vorrichtungen wird zur Trennung der ferromagnetischen Partikel von der Suspension ein rohrförmiger Reaktor verwendet, durch den die Suspension strömt. An der Außenwand des Reaktors sind ein oder mehrere Magnete angeordnet, die die enthaltenen ferromagnetischen Partikel anziehen. Unter dem Einfluss des durch die Magneten erzeugten Magnetfelds wandern die ferromagnetischen Partikel an die Reaktorwand und werden von dem an der Außenseite des Reaktors angeordneten Magneten gehalten.
1 zeigt den Verlauf der Anziehungskraft in Abhängigkeit von der radialen Position bei einer herkömmlichen Vorrichtung. Auf der waagerechten Achse ist der Abstand von der Mitte des Reaktors aufgetragen, die strichpunktierte Linie entspricht der Mittellinie des Reaktors. Auf der senkrechten Achse ist die Anziehungskraft aufgetragen. Die Anziehungskraft, die proportional zum Magnetfeldgradienten ist, besitzt einen parabelförmigen Verlauf und ist im Zentrum des Reaktors minimal und an der Innenwandung des Reaktors maximal. Dementsprechend werden Partikel, die sich in der Mitte des Reaktors befinden, nicht oder nur teilweise von dem oder den Magneten angezogen und anschließend aus der Suspension abgeschieden. Insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten bewirkt dieser Effekt, dass ein beträchtlicher Teil der den Reaktor durchströmenden Suspension nicht zur Innenwandung des Reaktors gezogen wird und den Reaktor wieder verlässt, ohne dass die ferromagnetischen Partikel abgeschieden werden. Aus diesem Grund ist die Abscheiderate bei herkömmlichen Vorrichtungen bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten unbefriedigend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension anzugeben, die auch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten eine zufrieden stellende Ausbeute liefert.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Reaktoren, die üblicherweise rohrförmig ausgebildet sind, ist der Strömungsquerschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ringförmig, was durch den vorzugsweise zentrisch im Inneren des Reaktors angeordneten Verdrängerkörper bewirkt wird. Der Verdrängerkörper führt dazu, dass die durch den Reaktor strömende Suspension in Wandnähe des Reaktors vorbeifließt, sodass sich praktisch alle ferromagnetischen Partikel im Einflussbereich des Magnetfelds bzw. der Magnetfelder befinden. Dementsprechend wird es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verhindert, dass Partikel durch die Mitte des Reaktors fließen und somit nicht angezogen werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch den vorzugsweise als Rohr ausgebildeten Verdrängerkörper eine wesentlich bessere Abscheiderate erreicht.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können abgeschiedene ferromagnetische Partikel durch die Absaugleitung entfernt und damit von der Suspension getrennt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit den Vorteil auf, dass zum Entfernen der ferromagnetischen Partikel von der Suspension der Reaktor nicht gestoppt werden muss. Dementsprechend kann das Abscheiden der ferromagnetischen Partikel mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kontinuierlich durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet von einer eine Magnetfeldsteuerung ermöglichenden Spulenwicklung umgeben ist. Durch die Magnetfeldsteuerung kann das Magnetfeld des Permanentmagneten vergrößert oder verkleinert werden. Auf diese Weise kann die Einflusszone angepasst werden, innerhalb der ferromagnetische Partikel angezogen werden, die anschließend über die Absaugleitung von der Suspension getrennt werden.
Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Absaugleitungen aufweisen, die jeweils im Bereich der Abzweigung von einem Permanentmagnet umgeben sind. Die mehreren Absaugleitungen können kaskadenartig im Strömungsweg der Suspension angeordnet sein, sodass beim Durchfließen der Suspension durch den Reaktor stufenweise weitere ferromagnetische Partikel von der Suspension entfernt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es auch vorgesehen sein, dass sie mehrere in Umfangsrichtung des Reaktors verteilt angeordnete Absaugleitungen aufweist, die jeweils im Bereich der Abzweigung von einem Permanentmagnet umgeben sind. Mit einer derartigen Anordnung kann praktisch der gesamte Strömungsquerschnitt von einem Magnetfeld beaufschlagt werden, sodass ein sehr großer Anteil der in der Suspension enthaltenen ferromagnetischen Partikel mittels der Absaugleitungen aus der Suspension entfernt werden kann.
Es wird besonders bevorzugt, dass jede Absaugleitungein steuerbares Absperrventil aufweist. Durch eine Steuerungsvorrichtung kann jedes Absperrventil geöffnet und geschlossen werden. Wenn ein Absperrventil geöffnet wird, gelangen die ferromagnetischen Partikel, die sich unter dem Einfluss des Magnetfelds angesammelt haben, durch den Unterdruck in die Absaugleitung und können an einer anderen Stelle gesammelt werden. Der Unterdruck kann beispielsweise durch eine Pumpe oder dergleichen erzeugt werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Absaugleitungen miteinander verbunden sind. Miteinander verbundene Absaugleitungen können gleichzeitig zum Absaugen angesammelter ferromagnetischer Partikel verwendet werden, indem die zugehörigen Absperrventile gleichzeitig geöffnet werden. Wenn mehrere Absaugleitungen miteinander verbunden sind, genügt eine einzige Vorrichtung zur Erzeugung des Unterdrucks, etwa eine Pumpe, um die ferromagnetischen Partikel von allen Absaugleitungen abzusaugen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:
1 ein Diagramm, in dem die Anziehungskraft in Abhängigkeit von der radialen Position bei einer herkömmlichen Vorrichtung dargestellt ist;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in 2 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst einen rohrförmigen Reaktor 2, der mehrere Absaugleitungen 3 aufweist. Der Reaktor 2 weist mehrere in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Absaugleitungen 3 auf, wobei sich jeweils zwei Absaugleitungen 3 gegenüberliegen.
Jede Absaugleitung 3 ist von einem ringförmig ausgebildeten Permanentmagnet 4 umgeben. Jeder Permanentmagnet 4 ist von einer Spulenwicklung 5 umgeben, mit der das durch den Permanentmagnet 4 erzeugte Magnetfeld verstärkt oder abgeschwächt werden kann. Die Spulenwicklungen 5 sind mit einer nicht dargestellten Steuerungsvorrichtung verbunden.
Jede Absaugleitung 3 kann mittels eines Absperrventils 6 verschlossen bzw. geöffnet werden. Die verschiedenen Absaugleitungen 3 münden in Absaugleitungen 7, in denen sich jeweils eine Unterdruck erzeugende Pumpe befindet.
Im Inneren des Reaktors 2 ist ein Verdrängerkörper 9 zentrisch angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verdrängerkörper 9 als Rohr ausgebildet, bei anderen Ausführungsbeispielen kann er auch als massiver Zylinder ausgebildet sein. Wegen des Verdrängerkörpers 9 ist der Strömungsquerschnitt bei der in 2 gezeigten Vorrichtung 1 ringförmig. Selbst wenn sich magnetische Partikel an der Oberfläche des Verdrängerkörpers 9 befinden, unterliegen sie dem Einfluss des durch die Permanentmagnete 4 erzeugten Magnetfelds, sodass die ferromagnetischen Partikel zu dem Permanentmagnet 4 hin gezogen werden und an dieser Stelle anhaften.
Die Pfeile in 2 geben die Strömungsrichtung der Suspension an. Am Zufluss 10 des Reaktors 2 wird eine Suspension 11 zugeführt. Diese Suspension besteht aus Wasser, gemahlenem Erz und gegebenenfalls Sand. Die Korngröße des gemahlenen Erzes kann variieren.
Unter dem Einfluss der Magnetfelder der Permanentmagnete 4 lagern sich ferromagnetische Partikel 12 an der Innenseite des Reaktors im Bereich der Permanentmagnete 4 ab, wie in 2 gezeigt ist. Diese Ablagerungen bilden sich an allen Permanentmagneten 4, die in Strömungsrichtung nacheinander in dem Reaktor 2 angeordnet sind. Wenn die Absperrventile 6 – wie in 2 gezeigt – geöffnet sind, gelangen die ferromagnetischen Partikel durch die Absaugleitungen 6 wegen des durch die Pumpe 8 erzeugten Unterdrucks in Absaugleitungen 7, sodass die ferromagnetischen Partikel von der Suspension 11 getrennt und in einem Vorratsbehälter gesammelt werden können. Mittels der Spulenwicklungen 5 kann die Stärke der Magnetfelder der Permanentmagnete 4 gesteuert werden, das heißt die Größe der Magnetfelder kann erhöht oder verringert werden. Das Absaugen der ferromagnetischen Partikel erfolgt bei verringerter Magnetkraft, indem die Spulenwicklungen 5 entsprechend gesteuert werden.
Andere nicht ferromagnetische Partikel, die in der Suspension enthalten sind, oder andere Bestandteile wie Sand, strömen unbeeinflusst axial durch den Reaktor 2.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension, wobei gleiche Bestandteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Die Vorrichtung 13 besteht aus einem Reaktor 2, in dessen Inneren sich ein zentrisch angeordneter Verdrängerkörper 9 befindet. Mehrere Absaugleitungen 3 münden sternförmig radial in den Reaktor 2. Im Bereich der Abzweigung der Absaugleitungen 3 von dem Reaktor 2 befinden sich segmentweise angeordnete Permanentmagnete 4. Die Permanentmagnete 4 sind segmentpolarisiert. In Übereinstimmung mit der in 2 gezeigten Vorrichtung ist jede Absaugleitung 3 mit einem steuerbaren Absperrventil 6 versehen. Über eine in 3 nicht gezeigte Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck, etwa eine Pumpe, kann bei geöffneten Absperrventilen 6 der magnetisch separierte Teil der Suspension abgesaugt und anschließend abgetrennt werden.
In 3 sieht man, dass die Suspension 11 sich in einem Ringspalt zwischen der Außenseite des Verdrängerkörpers 9 und der Innenseite des Reaktors 2 befindet. Mit der Vorrichtung 13 wird auch bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten eine hohe Abscheiderate und damit eine gute Ausbeute erzielt.

Claims

Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension, mit einem von der Suspension durchströmbaren rohrförmigen Reaktor mit wenigstens einem Magneten, wobei im Inneren des Reaktors (2) ein Verdrängerkörper (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (2) wenigstens eine mit Unterdruck beaufschlagbare, von der Außenwand des Reaktors (2) abzweigende Absaugleitung (3) aufweist, die im Bereich der Abzweigung von einem Permanentmagnet (4) umgeben ist und die ein durch eine Steuerungsvorrichtung steuerbares Absperrventil aufweist, das zum Absaugen der unter Einfluss des Magnetfeldes gesammelten ferromagnetischen Partikel öffenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (9) zentrisch im Inneren des Reaktors (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (9) als Rohr ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (4) von einer eine Magnetfeldsteuerung ermöglichenden Spulenwicklung (5) umgeben ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Absaugleitungen (3) aufweist, die jeweils im Bereich der Abzweigung von einem Permanentmagnet (4) umgeben sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere in Umfangsrichtung des Reaktors (2) verteilt angeordnete Absaugleitungen (3) aufweist, die jeweils im Bereich der Abzweigung von einem Permanentmagnet (4) umgeben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Absaugleitung (3) ein durch die Steuereinrichtung steuerbares Absperrventil (6) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Absaugleitungen (3) miteinander verbunden sind.