DE2461760A1

DE2461760A1 - Einrichtung zur magnetscheidung

Info

Publication number: DE2461760A1
Application number: DE19742461760
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Dipl Phys Juengst; Guenter Dipl Phys Dr Ries
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1974-12-28
Filing date: 1974-12-28
Publication date: 1976-07-01
Also published as: DE2461760B2; DE2461760C3

Description

Einrichtung zur Magnetscheidung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum magnetischen Trennen von Komponenten unterschiedlicher Magnetisierbarkeit aus einem Gemisch schwach magnetischer Bestandteile (Trenngut) mit supraleitenden Magnetspulen zum Erzeugen eines Maqnetfeldes hoher Feldstärke, mit den Feldraum durchdringenden Einbauten zum Erzeugen großer magnetischer Feldgradienten und die Trenneinrichtung abschließenden Austrittsblenden zum getrennten Abführen der Fraktionen des Trenngutes.
Derartige Einrichtungen werden zum Abtrennen magnetisierbarer bestandteile aus Teilchengemischen insbesondere zum Anreichern von magnetisierbaren Mineralien, wie Eisen-, Mangan-, Nickel-und anderen Erzen in der Hüttenindustrie und zum Reinigen von Rohstoffen durch Abtrennen von eisen-, mangan- oder titanhaltigen Beimengungen z.13. in der Glas- und Keramikindustrie benötigt.
Die dabei angewandten Trennverfahren beruhen auf den magnetischen Kräften, die auf ein Teilchen der Magnetisierung M in einem inhomogenen Magnetfeld H ausgeübt werden. Die Kraft Fm pro Volumeneinheit ist der Gradient der magnetischen Ener-1 - - - -giedichte -2M lI, wobei Fi das Produkt aus der Feldstärke H und der magnetischen Suszeptibilität # des Materials ist.
Es ist bekannt (Aufhereitungs-Technik, Nr. 9/1962, S. 400 - 418), bei Trennvorrichtungen der erfindungsgemäßen Art das Magnetfeld durch Elektromagnete mit Eisenjochen, den Feldgradienten im Luftspalt durch gezahnte Polflächen zu erzeugen. Nachteilig ist bei zinrichtungen dieser Art, daß der maximale Feldstärke gradient durch die beginnende Eisensättigung in den Polen und die Breite des Luftspaltes, die das Arbeitsvolumen bzw. den Durchsatz an Trenngut bestimmt, durch die verfügbare Spulenerregung begrenzt ist.
Bekannte Magnetscheider (V.G. Derkatsch, Die magnetische Aufbereitung schwachmagnetischer Erze, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1960) arbeiten nach dem Prinzip, aus dem durchlaufenden Trenngut die magnetisierbare Komponente mit Magnetzähnen herauszuziehen und festzuhalten und unterscheiden sich hinsichtlich der räumlichen Trennung des gezogenen (magnetischen) und nichtgezogenen (unmagnetischen) Gutes z.B.
durch ihre konstruktive Aushildung als Band-, Ring-, Trommel-, Werd-, Walzen- oder Ionenscheider. Der Nachteil dieser Einrichtungen besteht vor allem darin, daß deren Anwendung auf Materialien mit einer Massensuszeptibilität #/# 10-3 ... 10-4 cm ³/g begrenzt ist ( # = spezifisches Gewicht) . Ferner kann das Trenngut den Scheider nur in Einkornschichtdicke bei im Interesse eines gutes Trennfaktors begrenzter Durchlaufgeschwindigkeit passieren, so daß der Massendurchsatz auf i.a. einige Tonnen pro Stunde begrenzt ist.
Es ist auch eine Anordnung bekannt (US-PS 3 503 504), die mit in einer sektorförmigen Gehause eingeschlossenen und auf der einen eite einer kreisförmigen Scheibe angeordneten supraleitenden Spulen arbeitet. Die Scheibe ist in einer mit Trenngut beschickten Einrichtung drehbar ahgeordnet. Im Bereich der Magnetanordnung werden die magnetisierbaren Bestandteile des Trenngutes a der Scheibe festgehalten und mit dieser in Drehrichtung abgeführt.
Es ist ferner bekannt (DT-OS 2 138 360) zum Erzeugen großer magnetischer Feldgradienten Drähte guter magnetischer Leitfähigkeit iin ;1agnetfeld so anzuordnen, daß die Achsen einer Vielzahl paralleler Drähte senkrecht zur Achse des Magnetfeldes liegen.
Nachteilig ist jedoch, daß die magnetisierbaren Teilchen beim Durchlauf quer zur Achsenriclltllng der Drähte eine Kraft mit alterierendem Vorzeichen erfahren, so daß die mittlere Kraft entsprechend geringer ist. Nachteilig ist weiterhin, daß die magnetisierbaren Teilchen an den magnetisch leitfähigen Drähten abgelagert werden und deshalh besondere Einrichtungen zum Herausbewegen der Drähte aus dem Feld erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum magnetischen Trennen zu schaffen, die es ermöglicht, die Magnetscheidung auch auf Substanzen mit kleinerer Suszeptibilität auszuweiten. Dabei soll insbesondere ein Magnetfeld mit großem Feldgradienten in einem möglichst großen Volumen erzeuqt werden, um einen hohen Durchsatz an Trenngut zu ermöglichen, ohne daß mechanisch bewegte Teile erforderlich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Bereich des Magnetfeldes, durch den der Strom des Trenngutes geleitet wird (Arbeitsvolumen), zum Erzeugen eines vorbestimmten, den Trennvorgang bewirkenden Feldverlaufes mit hohem Gradienten der magnetischen Feldstärke mehrere räumlich voneinander getrennte langgestreckte ferromagnetische Einsätze parallel zueinander und in Fließrichtung des Trenngutes angeordnet sind, und daß supraleitende Magnetspulen zum Erzeugen eines im wesentlichen senkrecht zu den ferromagnetischen Einsätzen orientierten Magnetfeldes vorgesehen sind.
Durch die ordnung der ferromagnetischen Einsätze in Fließrichtuny des Trenngutes wird sichergestellt, daß die magnetischen Teilchen des Trenngutes nicht ständig im Vorzeichen wechselnde Kräfte erfahren. Die Teilchen werden nicht festgehalten, sondern lediglich in Richtung auf die ferromagnetischen Einsätze abgelenkt, so daß sie über geeignete Austrittshlenden abgeführt werden können. Die hierzu erforderlichen Kräfte sind kleiner als ijfl Falle des Festhaltens.
Die ferromagnetischen Einsätze sind als Stäbe mit vorbestimmtem Querschnitt ausgehildet und in vorbestimmter Anordnung über den Querschnitt des Arbeitsvolumens verteilt.
Die ferromagnetischen 1:insä.tze erzeugen eine Verzerrung des magnetischen Feldes mit hohen Gradienten der magnetischen Feldstärke. Zum erhöhen der Effektivität des Trennvorganges werden bei einer Weiterbildung der Erfindung in Bereichen des Arbeitsvolumens mit kleinem Feldgradienten langgestreckte Verdrängungskörper aus einem nichtmagnetischen Werkstoff mit zu den Achsen der ferromagnetischen Einsätze parallelen Achsen zum vorbestimmten Führen des Trenngutes in Bereichen des Magnetfeldes mit hohem Feldgradienten angeordnet.
ei bestimmten Ausbildungen der Einrichtung nach der Erfindung können weitere Vorteile dadurch erzielt werden, daß anstelle der Verdrängungskörper Trennwände in das Arbeitsvolumen eingebaut sind, deren Form den mit dem Trenngut in Kontakt tretenden Oherflächenabschnitten eines oder mehrerer Verdrängungskörper entspricht, un<1 daß die Trennwände mit den ferromagnetischen Einsätzen so verbunden sind, daß sie einen oder mehrere langgestreckte Führungskanäle für das Trenngut in Bereichen des Magnetfeldes mit hohem Feldgradienten bilden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das Abgehen von dem konventionellen Verfahrensprinzip, bei dem das magnetische Gut von den gradientenerzeugenden Eisenprofilen angezogen, festgehalten und mit diesen aus dem Trennbereich herausgeführt wird und das Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrensprinzips, bei dem die magnetische und unmagnetische Fraktion beim i)urchfallen bei Trockenscheidung bzw.
beim Durchströmen bei Naßscheidung des Trennvolumens unterschiedlich ahgelenkt und am Ausgang durch ein Blendensystem getrennt abgeführt werden, auch Stoffe geringerer Magnetisierbarkeit getrennt werden können, höhere Durchsatzraten erzielt werden und in der Trenneinrichtung keine mechanisch bewegten Teile erforderlich sind. Der Energiebedarf ist gering, da supraleitende Spulen nach dem Aufladen mit einem supraleitenden Schalter leistungslos iin Kurzschluß betrieben werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der wirksame Querschnitt und damit der Durchsatz durch Vergrößerung der Apertur und Erhöhung der Zahl der ferromagnetischen Einsätze gesteigert werden kann, ohne daß die Trennkraft abnehmen oder das Magnetfeld am Supraleiter erhöht werden muß.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 Vereinfachter Schnitt eines Magnetscheiders mit gradientenerzeugenden Einsätzen, Fig. 2 Schnitt eines Elementes des Arbeitsvolumens eines Magnetscheiders mitKraftfeld, Verdrängungskörper und Austrittsblenden.
In Fig. 1 ist ein vereinfachter Längsschnitt der wesentlichen Bauelemente eines Magnetscheiders dargestellt. Zwei supraleitende Magnetspulen 1, 2 sind so angeordnet, daß ein im wesentlichen horizontal orientiertes Magnerfeld 3 hoher Feldstärke erzeugt wird. In dem Bereich zwischen den Magnetspulen 1, 2, durch den der Strom des Trenngutes 4 geleitet ssird, dem Arbeitsvolumen, sind zum Erzeugen eines den Trennvorgang bewirkenden Feldverlaufes mit hohem Gradienten der magnetischen Feldstärke mehrere räumlich voneinander getrennte ferromagnetische einsätze 5 vertikal angeordnet. Zwischen den ferromagnetischen Einsätzen und den Verdrängungskörpern 15 sind Kanäle 6 zum Durchleiten des Trenngutes 4 bildet. Im Eintrittsbereich des Trenngutes 4 in das Arbeitsvolumen, oberhalb der ferromagnetischen Einsätze 5 sind Eintrittsblenden 7 angeordnet, die den Strom des Trenngutes 4 in Bereiche des Arbeitsvolumens mit relativ zu Nachbarbereichen höherer Gradienten der magnetischen Feldstärke leiten. Durch diese einfache Maßnahme wird der Trenneffekt begünstigt, der darauf beruht, daß die magnetisierbaren Teilchen des durch die Schwerkraft nach unten bewegten Trenngutes 4 in Abhängigkeit von ihrer magnetischen Suszeptibilität auf ihrem Weg durch das Arbeitsvolumen mit unterschiedlicher Kraft in Richtung auf die ferromagnetischen Einsätze abgelenkt werden, ohne jedoch von diesen festgehalten zu werden. Das in Fraktionen 8, 9 unterschiedlicher Suszeptibilität zerlegte Trenngut 4 wird nach seinem Austritt aus den Kanälen 6 mit unterhalh derselben angeordneten Austrittsblenden 10 getrennt abgeführt.
Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch ein Element des Arbeitsvolumens eines Magnetscheiders mit fünf ferromagnetischen Einsätzen 6 aus Weicheisenstäben mit einem Radius des Querschnittes von r = 1 cm. Die magnetische Kraft F pro Volumen, dividiert 0 in durch die Suszeptibilität X ,ist durch Pfeile für eine Feldstärke H0 = 50 k Oerstedt und eine Sättigungsmagnetisierung des Eisens B0 = 20 kG maßstäblich nach Größe und Richtung für Raumpunkte, die auf einem Raster von 5 mm liegen, eingezeichnet. Die gradientenerzeugenden Einsätze 5 sind senkrecht zum Magnetfeld 3 und parallel zur Durchlaufrichtung des Trenngutes 4 angeordnet.
Das magnetische Kraftfeld in der Umgebung eines adeicheisenstabes 5 tendiert dazu, yaagnetische Partikel des Trennqutes an in Richtung des Feldes diametral gegenüberliegenden Seiten 11, 12 eines Stabes anzureichern, bzw. an den um 90 Grad versetzten Seiten 13, 14 abzureichern. Ein vollständiges Bild dieser Feldkonfiguration ergibt sich bei dem zentralen Einsatz 5. Der auf diesem Verlauf des Gradientenfeldes basierende Trenneffekt wird begünstigt durch Verdrängungskörper 15 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, deren Achsen parallel zu den Achsen der ferromagnetischen Einsätzen 5 in Bereichen des Magnetfeldes mit kleinen Feldgradienten angeordnet sind. Unterhalb der ferromagnetischen Einsätze 5 sind in den Bereichen 11, 12 einer Anreicherung der magnetischen Partikel Austrittsblenden 10 zum Abführen der magnetischen Fraktion 8 des Trenngutes 4 angeordnet. Die ferromagnetischen Einsätze 5 und die Verdrängungskörper 1 5 bilden Kanäle 6 für das Trenngut 4.

Claims

Patentansprüche :

1. Einrichtung zur Magnetscheidung von Komponenten unterschiedlicher Magnetisierharkeit aus einem Gemisch schwachmagnetischer Bestandteile (Trenngut) mit supraleitenden Magnetspulen zum Erzeugen eines Magnetfeldes hoher Feldstärke, mit den Feldraum durchdringenden Einbauten zum Erzeugen großer magnetischer Feldgradienten und die Trenneinrichtung abschließenden Austrittsblenden zum getrennten Ahffihren der Fraktionen des Trenngutes, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich des Magnetfeldes (3), durch den der Strom des Trenngutes (4) geleitet wird (Arbeitsvolumen), zum Erzeugen eines vorbestilmaten, den Trennvorgang bewirkenden Feldverlaufes mit hohem Gradienten der magnetischen Feldstärke mehrere räumlich voneinander getrennte langgestreckte ferromagnetische Einsätze (5) parallel zueinander und in Fließrichtung des Trenngutes angeordnet sind, und daß supraleitende Magnetspulen (1, 2) zum Erzeugen eines im wesentlichen senkrecht zu den ferromagnetischen Einsätzen (5) oricntierten Magnetfeldes (3) vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Einsätze (5) als Stäbe mit vorbestimmter Querschnitt ausgebildet und in vorbestimmter Anordnung über den Querschnitt des Arbeitsvolumens verteilt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen ferromagnetischen Einsätze (5) Kreisquerschnitte mit dem Radius rO haben.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet7 daß die Mittelpunkte der Kreisquerschnitte der ferromagnetischen Einsätze (5) auf einem quadratischen taster und in den Zentren der Rasterfelder angeordnet sind, und daß die Diagonalrichtung des quadratischen Rasters zur Feldrichtung parallel ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Kreisquerschnitte der rromagnetischen Einsätze (5) auf einem quadratischen Raster angeordnet sind, und daß die Richtung einer der Seiten des quadratischen Rasters zur Feldrichtung parallel verläuft.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Bereichen des Arbeitsvolumens mit kleinem Feldgradienten langgestreckte Verdrängungskörper (15) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff mit zu den Achsen der ferromagnetischen Einsätze (5) parallelen Achsen zum vorbestimmten Führen des Trenngutes (4) in Bereichen (11, 12) des Magnetfeldes mit hohem Feldgradienten angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Eintrittsbereich des Trenngutes in das Arbeitsvolumen, oberhalb der ferromagnetischen Einsätze (5) den Strom des Trenngutes (4) in Bereiche des Arbeitsvolumens nit relativ zu Nachbarbereichen höheren Gradienten der magnetischen Feldstärke lenkende Eintrittsblenden (7) angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Austrittsbereich des Trenngutes (4) aus dem Arbeitsvolumen, unterhalb der ferromagnetischen Einsätze (5) Austrittsblenden (10) zum getrennten Abführen der magnetischen und unmagnetischen Fraktionen des Trenngutes (4) angeordnet sind.

L e e r s e i t e