DE2461760C3 - Freifall-Magnetscheider - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Freifall-Magnetscheider mit einem supraleitenden Magneten, der entlang des größeren Teils seiner axialen Länge ein Magnetfeld quer zur Fallrichtung des Gutes und in seinem unteren Teil eine Trenneinrichtung für die aus ihrer Fallbahn abgelenkte Sorte aufweist.

Derartige Einrichtungen werden zum Abtrennen magnetisierbarer Bestandteile aus Teilchengemischen, insbesondere zum Anreichern von magnetisierbaren Mineralien, wie Eisen-, Mangan-, Nickel- und anderen Erze in der Hüttenindustrie und zum Reinigen von Rohstoffen durch Abtrennen von eisen-, mangan- oder titanhaltigen Beimengungen z. B. in der Glas- und Keramikindustrie benötigt.

Die dabei angewandten Trennverfahren beruhen auf den magnetischen Kräften, die auf ein Teilchen der Magnetisierung Ή in einem inhomogenen Magnetfeld 77 ausgeübt werden. Die Kraft T_n, pro Volumeinheit ist der Gradient der magnetischen Energiedichte J Λ? ■ 77, wobei ~M das Produkt aus der Feldstärke Ή und der magnetische Suszeptibilität χ des Materials ist.

Es ist bekannt (Aufbereitungs-Technik Nr. 9/1962, S. 400—418), bei Trennvorrichtungen der erfindungsgemäßen Art das Magnetfeld durch Eiektromagncte

65 mit Eisenjochen, den Feldgradienten im Luftspalt durch gezahnte Polflächen zu erzeugen. Nachteilig ist bei Einrichtungen dieser Art, daß der maximale Feldstärkegradient durch die beginnende Eisensättigung in den Polen und die Breite des Luftspaltes, die das Arbeitsvolumen bzw. den Durchsatz arf 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 Ausbildung als Band-, Ring-, Trommel-, Herd-, Walzen- oder lonenscheider. Der Nachteil dieser Einrichtungen besteht vor allem darin, daß deren Anwendung auf Materialien mit einer Massensuszeptibilität χ/ο 10~³... ΙΟ"⁴ cnvVg begrenzt ist (o = spezifisches Gewicht). Ferner kann das Trenngut den Scheider nur in Einkornschichtdicke bei im Interesse eines guten Trennfaktors begrenzter Durchlaufgeschwindigkeit passieren, so daß der Massendurchsatz au' i. a. einige Tonnen pro Stunde begrenzt ist.

Es ist auch eine Anordnung bekannt (US-PS 35 03 504), die mit in einem sektorförmigen Gehäuse eingeschlossenen und auf der einen Seite einer kreisförmigen Scheibe angeordneten supraleitenden Spulen arbeitet. Die Scheibe ist in einer mit Trenngut beschickten Einrichtung drehbar angeordnet. Im Bereich der Magnetanordnung werden die magnetisierbaren Bestandteile des Trenngutes auf der Scheibe festgehalten und mit dieser in Drehrichtung abgeführt.

Es ist ferner bekannt (DE-OS 21 38 360), zum Erzeugen großer magnetischer Feldgradienten Drähte guter magnetischer Leitfähigkeit im Magnetfeld 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 Achsenrichtung der Drähte eine Kraft mit alternierendem 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 deshalb besondere Einrichtungen zum Herausbewegen der Drähte aus dem Feld erforderlich sind.

Es ist auch ein Rückhaltescheider zum Abscheiden magnetisierbarer Stoffe aus pulverförmigem Gut bekannt, dessen Wirkung auf dem Festhalten des magnetischen Gutes durch Magnetkörper beruht (DE-PS 8 70 532). Die Magnetkörper sind senkrecht übereinander angeordnete horizontale Stäbe mit rechteckigem Querschnitt. Die magnetischen Anteile des Trenngutes haften wegen des dort stärkeren kraftfiusses im wesentlichen an den Spitzen der Magnetkörper.

Der Rückhaltescheider ist mit senkrecht zur Bewegungsrichtung des Trenngutes angeordneten Magnetkörpern am effektivsten, er schließt jedoch einen kontinuierlichen Durchsatz des Trenngulcs grundsätzlich aus.

Die Anwendung supraleitender Spulen ist bei magnetischen Trenneinrichtungen ebenfalls bekannt (US-FS 35 03 504).

Bei einem anderen bekannten Rückhaltescheider (GB-PS 10 46 832) wird eine ringförmige Anordnung mit vertikalen magnetischen Stäben mit scharfen Kanten zum Erhöhen der Kraftliniendichte wahrend des Aufenthaltes im Feld eines Elektromagneten mit Trenngut beschickt, dessen magnetische Bestandteile zunächst an den Kanten der Stäbe festgehalten und nach dem Entfernen aus dem Magnetfeld durch Schwerkraft herabfallen oder mit Wasser abgespult werden.

Ein ebenfalls bekannter Freifall-Magnetscheider (DE-OS 21 59 525) besteht im wesentlichen aus einem Rohr mit an dessen Außenseite angeordneten supraleitenden Solenoidspulen.

Das Trenngut passiert den von dem Rohr umschlossenen felderfüllten Raum. Dabei werden die magnetischen Partikeln des Trenngutes zur Rohrwand abgelenkt. Eine Felderzeugung auf diese Weise ist jedoch insoweit nachteilig, als eine Erläuterung der magnetischen Kraft stets mit einer Verstärkung des Magnetfeldes und/oder einer Verkleinerung des Volumens, in dem die Kraft wirkt, erkauft werden muß. Da die Höhe des wirtschaftlich zu erzeugenden Magnetfeldes nach oben begrenzt ist, kann insbesondere schwachmagnetisches, feinstkörniges Trenngut in as Magnetscheidern der vorgeschlagenen Bauart nur mit kleinem Durchsatz getrennt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum kontinuierlichen magnetischen Trennen zu schaffen, die es ermöglicht, die Magnetscheidung auch auf Substanzen mit kleinerer Suszeptibilität und kleinerer Korngröße auszuweiten. Dabei soll insbesondere ein Magnetfeld mit großem Feldgradienten in einem möglichst großen Volumen erzeugt werden, um einen hohen Durchsatz an Trenngut zu ermögliehen, ohne daß mechanisch bewegte Teile erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen parallel zur Fallrichtung des Gutes vertikal angeordneten ferromagnetischen Stäben Fallkanäle gebildet sind, in welche letztere die Ausläufe einer Aufgabevorrichtung mit Biniiiltsblenden münden, und daß unterhalb der Fallkanäle Trennblenden angeordnet sind.

Durch die Anordnung der ferromagnetischen Einsätze in Fließrichtung 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 Austrittsblenden abgeführt werden können. Die hierzu erforderlichen Kräfte sind kleiner als im Falle des Festhaltens.

Die ferromagnetischen Einsätze sind als Stäbe mit vorbestimmtem Querschnitt ausgebildet und in vorbestimmter Anordnung über den Querschnitt des Arbeitsvolumens verteilt.

Die ferromagnetischen Einsätze erzeugen eine Verzerrung des magnetischen Feldes mit hohem 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.

Bei 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 Oberflächenabschnitten eines oder mehrerer Verdrängungskörper entspricht, und 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 Verfahrensprinzip, bei dem die magnetische und unmagnetische Fraktion beim Durchfallen bei Trockenscheidung bzw. beim Durchströmen bei Naßscheidung des Trennvolumens unterschiedlich abgelenkt 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 im 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 zeigt

F i g. 1 einen vereinfachten Schnitt eines Magnetscheiders mit gradientenerzeugenden Einsätzen,

Fig. 2 den Schnitt eines Elementes des Arbeitsvolumens eines Magnetscheiders mit Kraftfeld, 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 Magnetfeld 3 hoher Feldstärke erzeugt wird. In dem Bereich zwischen den Magnetspulen 1. 2, durch den der Strom des Trenngutes 4 geleitet wird, dem Arbeitsvolumen, sind zum Erzeugen eines den Trennvorgang bewirkenden Feldverlaufes mit hohem Gradienten der magnetischen Feldstärke mehrere räumlich voneinander getrennte ferromagnetische Stäbe 5 vertikal angeordnet. Zwischen den ferromagnetischen Stäben 5 und den Verdrängungskorpern IS sind Kanäle 6 zum Durchleiten des Trenngutes 4 gebildet. Im Eintrittsbereich des Trenngutes 4 in das Arbeitsvolumen oberhalb der ferromagneti^cchen Stäbe 5 sind Ei,,trittsblenden 7 angeordnet, die d^n S'ivüii des Trenngutes 4 in Bereiche des Arbeiisvolumens mit relativ zu Nachbarbereichen höherer Gradienten der magnetischen Feldstärke leiten. Durch diese einfache Maßnahme wird der Trenneffekt begünstigt, der darauf beruht, daß die maenetisierbaren 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 ferromapnetischen Stäbe 5 abgelenkt werden, ohne jedoch von diesen festgehalten zu werden. Das ir Fraktionen 8, ? unterschiedlicher Suszeptibilität ?er- !enie Trenngut 4 wird nach seinem Austritt aus den Kanälen 6 mit unterhalb derselben angeordneten Austrittsblenden 10 getrennt abgeführt.

Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch ein Element des Arbeitsvolumens eines Magnetscheiders mit fünf ferromagnetischen Stäben 5 aus Weicheisen mit einem Radius des Querschnittes von r„ = 1 cm. Die magnetische Kraft F_m pro Volumen, dividiert durch die Suszeptibilität χ, ist durch Pfeile für eine Feldstärke W₀ = 50 k Oerstedt und eine Sättigung^,-magnetisierung des Eisens B₀ = 20 KG maßstäblich nach Größe und Richtung für Raumpunkte, die auf einem Raster von 5 mm liegen, eingezeichnet. Die gradientenerzeugenden Stäbe 5 sind senkrecht zum Magnetfeld 3 und parallel zui Durrhlaufrichtung des Tr^iingutes 4 angeordnet.

D'i" vniißiietisLhe Kraftfeld in der Umgebung eh:·- Weicheisenstabes 5 tendier? J,:?u, magnetische Paitikeln des Trenngutes an in Richtung des Feldes diametral gegenüberliegenden Seiten 11, 12 eines Stabes anzureichern bzw. an den um 90^c versetzen Seilen 13, 14 abzureichern. Ein vollmundiges BiIo dieser Feldkonfiguration ergibt sich bei dem zentralen Stab S.

ίο 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 Stabe 5 >n Bereichen des Magnetfeldes mit kleinen Feldgradienten angeordnet sind. Unterhalb der ferromagnetischen Stäbe 5 sind in den Bereichen iü, 12 eine Anreicherung der magnetischen Partikeln Austiittsblenden 10 zum Abführen der magnetischen Fraktion 8 des Trenngutes 4 angeordnet.

ac Die ferromagnetischen StäbeS und die Verdrängungskörper 15 bilden Kanäle 6 für das Trenngut 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Freifall-Magnetscheider mit einem supraleitenden Magneten, der entlang des größeren Teils seiner axialen Länge ein Magnetfeld quer zur Fallrichtung des Gutes und in seinem unteren Teil eine Trenneinrichtung für die aus ihrer Fallbahn abgelenkte Sorte aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen parallel zur Fallrichtung des Gutes vertikal angeordneten ferromagnetischen Stäben (5) Fallkanäk- (6) gebildet sind, in welche letztere die Ausläufe einer Aufgabevorrichtung mit Eintrittsblenden (7) münden, und daß unterhalb der Fallkanäle Trennblenden (9) angeordnet sind.

2. Magnetscheider nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Stäbe (5) Kreisquerschnitt haben und die Kreismittelpunkte auf einem quadratischen Raster und in den Zentren der Rasterfelder angeordnet sind, und daß die Diagonalrichtung des quadratischen Rasters zur Feldrichtung parallel ist.

3. Magnetscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte der Kreis- »5 querschnitte der ferromagnetischen Stäbe (5) auf einem quadratischen Raster angeordnet sind, und daß die Richtung einer der Seiten des quadratischen Rasters zur Feldrichtung parallel verläuft.

4. Magnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Bereichen des Arbeitsvolumens mit kleinem Feldgradienten langgestreckte Verdrängungskörper (15) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff parallel zu den Achsen der ferromagnetischen Stäbe (5) angeordnet sind.