DE2908832A1

DE2908832A1 - Verfahren und vorrichtung zum magnetischen trennen

Info

Publication number: DE2908832A1
Application number: DE19792908832
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1978-03-08
Filing date: 1979-03-07
Publication date: 1979-09-13
Also published as: GB2015900A; FR2423252A1; IT7948243A0; GB2015900B; US4279748A; IT1162278B; FR2423252B1

Description

Inoue-Japax Research Incorporated Yokohamashi, Kanagawaken" Japan

¥erfabrea und Vorrichtung zum magnetischen

Trennen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung Sem magnetischen Trennen mit insbesondere einer Filtermasse, die von einem Pluidstrom durchsetzt wird, der magnetisch empfindliche Komponenten enthält, die sa säuseln sind,, wobei die Masse ein Magnetfeld eines großen Feldgradienten auf das Fluid einwirken lassen kann.

Ih fearlsöüBüliclien magnetischen Trennvorrichtongen

oder Filtern dieser Art bestellt die Filtermasse aus einer Mass©■diskreter Teilchen oder Körpern «ines magnetische» Materials, wie z. B. korsrosionsbeständer Güte-

einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt wer-

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den kann, dessen Stärke für eine Magnetisierung ausreicht, so daß eine große Anzahl von Bereichen in der Masse mit hohen Magnetfeld-Gradienten entlang den Förderstrecken des filtrierbaren Fluids entsteht, um die magnetischen Komponenten anzuziehen und zurückzuhalten, und auch um hiermit mechanisch nichtmagnetische Komponenten einzufangen. Es gibt bereits derartige magnetische Trennvorrichtungen und Verfahren zu deren Betrieb (vgl. z. B. ÜS-PS 3 477 948 und US-PS 3 567 026).

Wesentliche Überlegungen für den Aufbau und Betrieb einer magnetischen Trennvorrichtung zum Verarbeiten filtrierbarer Fluids betreffen wie allgemein auch bei anderen Filter- und Trenntechniken die Zuverlässigkeit, die Wirksamkeit und die lange Lebensdauer der Vorrichtung. So nimmt bekanntlich der Durchsatz des Filtrats (Filterguts) durch die Filtermasse mit der Zeit ab, da sich ein Filterkuchen oder -rückstand auf der Filtermasse bildet, und es ist dann erforderlich, die Filtermasse rückzuspülen, um die magnetisch angezogenen oder mechanisch zurückgehaltenen Verunreinigungen oder Rückstände aus der Filtermasse für eine folgende Filtrierung zu entfernen. Um die Filtermasse wirksam einzusetzen und für diese eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, ist es daher problematisch, die genaue Zeit zu bestimmen, zu der die Filtrierung abgeschlossen und das Rückspulen durchgeführt werden sollte. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das filtrierbare Fluid magnetisch empfindliche Komponenten einer submikroskopen Größe enthält, bei der ein Abfall in der Leistungsfähigkeit oder im Filtriergrad einer magnetischen Trennvorrichtung nicht ausreichend durch einfache Messung der Gefälleoder Druckdifferenz zwischen der Einlaß- und der Auslaßseite

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der Filtermasse oder auf sonstige Weise bestimmt werden kann. Differenzen in der Filtrier-Leistungsfahigkeit beeinträchtigen die Wirksamkeit folgender Filtrierzyklen, und wenn die Vorrichtung während einer zu langen Zeitspanne eingesetzt wird, ist sie für eine Wiederherstellung ungeeignet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine magnetische Trennvorrichtung mit hohem Gradienten anzugeben, deren Abfall in der Leistungsfähigkeit oder im Filtriergrad wirksam meßbar ist, so daß ein Spülen ermöglicht wird, um die Leistungsfähigkeit wiederherzustellen; diese Vorrichtung soll in der magnetischen Trennung magnetisch empfindlicher Komponenten in einem filtrierbaren Fluid bestehenden magnetischen oder anderen Trennvorrichtungen überlegen sein; die magnetische Trennvorrichtung soll eine ausgedehnte Einsatzdauer besitzen und einfach durch Spülen in ihrer Leistungsfähigkeit wiederherstellbar sein; schließlich soll noch ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zum Betrieben der magnetischen Trennvorrichtung mit hohem Feldgradienten angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer magnetischen Trennvorrichtung erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei diesem Verfahren kann in vorteilhafter Weise automatisch ein Bediener-Warnsignal mit dem elektrischen Signal erzeugt werden und/oder automatisch das magnetische Sammeln von Komponenten abgeschlossen und die Filtermasse abhängig von der Erzeugung des elektrischen Signales rückgespült werden.

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Die erfindungsgeraäße Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise aufweisen einen Wächter zum überwachen der Änderung der Induktivität der Filtermasse während des magnetischen Sammelns der Komponenten und einen Signalgenerator, der ein elektrisches Signal erzeugt, nachdem ermittelt wurde, daß die überwachte Induktivität einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dem Signalgenerator kann zugeordnet sein eine Einrichtung zum automatischen Erzeugen eines Bediener-Warnsignales mit dem elektrischen Signal und/oder eine Einrichtung, die abhängig von der Erzeugung des elektrischen Signales automatisch das magnetische Sammeln der Komponenten unterbricht, um die Filtermasse rückzuspülen.

In vorteilhafter Weise besteht die magnetische Filtermasse aus einem porösen Körper mit einem Substrat aus einer unmagnetischen Substanz, wobei der Körper verbundene Poren enthält, die nach dessen Außenflächen offen sind, und wobei wenigstens ein Teil der Wände der Poren mit einer Schicht aus einer magnetisierbaren Substanz belegt ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt einer Vorrichtung zum überwachen der Leistungsfähigkeit eines Magnetfilters nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Kurve, die die Änderung der Induktivität einer Magnetfiltermasse abhängig von der Einsatzzeit zeigt,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer magnetischen Trennvorrichtung nach einem Ausführungsbexspiel der Erfindung ,

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Pig. 4 verschiedene Formen einer Magnetfiltermasse nach der Erfindung,

Fig. 5 und 6 Magnetfilteranordnungen, die grundsätzlich zur Vorrichtung der Fig. 3 ähnlich sind und gegenüber dieser abgewandelte Formen aufweisen,

Fig. 7 bis 12 in vergrößerter Darstellung verschiedene Formen einer Magnetfiltermasse nach der Erfindung,

Fig. 13 eine Kurve zur Erläuterung der Beziehung der Dicke einer magnetischen Ablagerungsschicht gegenüber der Adsorptionskraft der sich ergebenden Filtermasse,

Fig. 14 eine Kurve mit der Beziehung der Änderung der elektromagnetischen Durchlässigkeit eines Fluids gegenüber der Strömungsgeschwindigkeit bei verschiedenen Stärken des einwirkenden Magnetfeldes,

Fig* 15 eine Kurve mit der Änderung des Druckgefälles einer herkömmlichen und der erfindungsgemäßen Filtermasse in Abhängigkeit von der Einsatzzeit,

Fig. 16 und 17 weitere Ausführungsbeispiele der Filtermasse nach der Erfindung,

Fig. 18 eine vergrößerte Darstellung ,des Aufbaues der in Fig. 16 und 17 gezeigten Filtermasse, und

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ORIGINAL SHSPECTED

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Fig. 19 einen Längsschnitt einer Magnetfiltervorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Fig. 1 ist eine magnetische Trennvorrichtung mit einer zylindrischen Filtermasse 1 gezeigt, die mehrere diskrete Elemente aufweist, die permanentmagnetisiert oder für eine Magnetisierung durch ein äußeres Magnetfeld empfindlich sind, das durch eine Spule 2 einwirken kann, die die Masse 1 umgibt. Die Filtermasse kann als korrosionsbestände Güte-Magnetwolle ausgeführt sein und hat aber vorzugsweise eine der weiter unten näher erläuterten Zusammensetzungen.

Die Spule 2 ist in einem Ringgehäuse 7 enthalten, das einen Halter für die zylindrische Filtermasse 1 bildet und infolge seiner Zusammensetzung aus einem magnetisch permeablen Material auch magnetische Wege für das durch die Spule 2 erzeugte Magnetfeld bildet, so daß die Magnetflüsse wirksam durch die zylindrische Masse 1 dichter in deren radialem Außenbereich verlaufen.

Das Ringglied 7 hat ein dicht oder eng angepaßtes Einlaßrohr 8, durch das ein filtrierbares Fluid eingeführt wird. Ein Auslaßrohr 9 ist in gleicher Weise an das Ringglied 7 angepaßt, um das aus der Filtermasse 1 austretende Filtrat abzugeben.

Bei Erregung der Spule 2 liegt ein axiales Magnetfeld an den magnetisierbaren Teilchen oder Elementen der Filtermasse 1, um in dieser mehrere Bereiche großer Feldgradienten zu erzeugen, so daß die magnetisch empfindlichen Komponenten im filtrierbaren Fluidstrom wirksam zu

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diesen angezogen und dadurch gesammelt werden. Gleichzeitig weiden die nichtmagnetischen Komponenten im Fluid mechanisch auf den die poröse Hasse 1 bildenden Elementen adsorbiert, die als mechanisches Filter wirken, wobei das Filtrat über die Auslaßleitung 9 entladen wird. Bei der dargestellten Anordnung wird das Magnetfeld so erzeugt, daß es die zylindrische Masse 1 stärker in deren radialem Außenbereich, in dem die ringförmigen Ränder des Gehäuses 7 nebeneinanderliegen und ringförmige Magnetpole bilden, und weniger im Mittenbereich der Masse 1 durchsetzt. Damit wird das vom Einlaß 8 zugeführte und durch die Filtermasse bzw. den Filtranten 1 geführte Fluid lokal veränderlich magnetisch beeinflußt, so daß die magnetischen Komponenten viel stärker im ringförmigen Außenbereich gesammelt und die unmagnetischen Komponenten viel mehr im Mittenbereich der Masse 1 wiedergewonnen werden. Diese Anordnung der Filtermasse 1 erlaubt den wirksamen Einsatz von deren ganzem Körper für eine gleichmäßige Aufnahme abscheidbarer Komponenten im Fluid, um eine ausgedehnte Filtrier-Betriebsdauer und ein stabilisiertes Filtrieren zu gewährleisten.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das Magnetfeld an der Filtermasse 1 in gewünschter Weise hinsichtlich seiner Stärke und Konfiguration mit dem Eingangsstrom zur Spule 2 und durch den Aufbau des als Feld-Verteiler dienenden Ringgehäuses 7 einstellbar ist, um das größte Filtriervermögen zu erzielen und eine lange Betriebszeit und gute Leistungsfähigkeit der Vorrichtung abhängig von der Art des zu behandelnden Fluids zu gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hat einen Fühler zum überwachen

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des Verschlämmens oder Verstopfens des Filtermasse 1 mit magnetischen Komponenten oder Verunreinigungen des Fluids. Dieser Fühler geht davon aus, daß mit sich auf der Filtermasse 1 sammelnden magnetischen Komponenten deren Induktivität zunimmt, und er hat eine Fühlerspule 3 in der Nähe der Masse 1, einen Verstärker 4, ein Schwellenwertglied 5 und ein Signalausgangsglied 6 in Reihe, um ein geeignetes Signal abhängig von dem durch die Spule 3 erfaßten Induktivitätssignal zu erzeugen, das einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Fig. 2 zeigt eine Kurve, die die Änderung der Induktivität in Abhängigkeit von der Zeit bei einer Filtermasse 1 aus koorosionsbeständiger Stahlwolle in einem Magnetfeld von 6800 Gauss darstellt, wobei die Filtermasse 1 zum Reinigen eines verunreinigten Wasserbasis-Bearbeitungsfluids dient, das Eisenteilchen einer Größe von 0,1 ,um infolge einer elektrischen Schneiddraht-Entladungsbearbeitung enthält. Das Filtrat zeigt hervorragende Filtriereigenschaften. Bei fortgesetztem Einsatz hat die Filtermasse anfänglich eine Induktivität von 250 ,uH, die mit der Zeit anwächst {vgl. Fig. 2). Nach 5OO Stunden Filtrierbetrieb wird ein Wert von 1500 /UH erreicht, und dann wird die Filtermasse einer

Rückspülung mit einem Luftstrom bei einem Druck von 2,3 kp/cm ausgesetzt. Wenn ein Zyklus mit Filtrieren und Rückspülen wiederholt ausgeführt wird, ändert sich die Induktivität entlang geschlossener Schleifen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, was eine semipermanente Verwendbarkeit der Filtermasse mit ausgeglichenen Filtriereigenschaften gewährleistet.

In Fig. 1 sind der Verstärker 4, das Schwellenwertglied 5 und das Signalausgangsglied 6 jeweils in herkömmlicher Weise aufgebaut. Z. B. kann das Schwellenwertglied

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ein Schmitt-Trigger sein, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn der eingestellte Schwellenwertpegel durch die eingespeiste elektrische Größe vom Verstärker 4 durchsetzt wird, die proportional dem Induktivitätswert der Masse 1 ist, der kontinuierlich durch die Fühlerspule 3 erfaßt wird. Das Ausgangsglied 6 kann ein elektrooptisches Sichtgerät oder eine Hupe bzw. ein Wecker sein, um eine sichtbare oder hörbare Anzeige zu liefern. Alternativ kann es ein Betriebssignal erzeugen, um automatisch den Betrieb der magnetischen Trennvorrichtung von der Filter- zur Rückspül-Betriebsart zu schalten.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen magnetischen Trennvorrichtung, bei der mehrere Filtermassen A1, A2, A3, A4; B1 - B4; C1 - C4; D1 - D4 in einem zylindrischen Behälters V gestapelt sind, der zwischen einer oberen Platte V1 und einer unteren Platte V2 festgelegt ist, um eine Kammer V3 zu bilden. Die untere Platte V2 hat einen Fluid-Einlaß 11, durch den ein zu filtrierendes oder verschmutztes Fluid F1 eingeführt wird. Eine Auslaßöffnung 12 ist im oberen Bereich des Behälters V vorgesehen, um ein Filtrat F2 abzugeben, das aus dem bearbeiteten Fluid FI hinter den gestapelten Filtermassen A1, ..., E4 entsteht. Im Behälter V ist ein zylinderförmiges Gitter 13 angeordnet, das sich in der Mitte durch die Massen in der Kammer V3 zwischen einer scheibenförmigen Platte 14 und einem ähnlich geformten Gitter 15 erstreckt, das einen Verteiler für das ankommende Fluid F1 und einen Halter für die Filtermassen A1 bis E4 bildet. Koaxial zum ringförmig angeordneten Stapel aus den Filtermassen A1 bis E4 ist eine Spule 16 vorgesehen, die von einer über Anschlüsse 17 verbundenen Gleichstromquelle ES erregt wird, die an eine (nicht dargestellte) Strom/Spannungs-Steuereinheit angeschlossen ist, um an die Filtermassen A1 bis E4 ein starkes Magnetfeld zu legen.

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Auf diese Weise strömt das die Haltergitter oder -siebe 13 und 15 durchsetzende Einla0-Fluid Fi durch mehrere kleine Bezirke eines hohen Magnetfeldgradienten, der in den einzelnen Massen A1 bis £4 induziert ist, wobei in diesen Bezirken magnetisch empfindliche Komponenten des Fluids FI gesammelt werden, wie dies weiter oben näher erläutert wurde, während das nach den äußeren Bereichen der Kammer F3 austretende Filtrat F2 über die Auslaß-Verbindung 12 ausströmt.

Vorzugsweise bestehen die Filtermassen A1 bis £4 wenigstens teilweise nach einer Weiterbildung der Erfindung aus fluid-durchlässigen porösen Körpern, bei denen die Wände von untereinander verbundenen Poren mit magnetisch betätigbaren Substanzen belegt sind. Z. B. kann eine Folge von Filtermassen A1 bis A4, die in einer senkrechten Säule auf der linken Seite der Kammer V3 gestapelt sind, so aufgebaut sein, daß die Masse A1 einen einzigen unmagnetischen porösen Körper aufweist, daß die Masse A2 einen unmagnetischen porösen Körper hat, wobei kleine magnetische Teilchen durch das unmagnetische Substrat verteilt und weiterhin poröse magnetische Membrane auf die Wände der untereinander verbundenen Poren des unmagnetischen Körpers aufgetragen sind, daß die Masse A3 einen unmagnetischen porösen Körper mit lediglich kleinen magnetischen Teilchen aufweist, die durch das unmagnetische Substrat verteilt sind, und daß die Masse A4 einen unmagnetischen porösen und homogenen Körper besitzt, bei dem poröse magnetische Membrane auf die Wände der untereinander verbundenen Poren aufgetragen sind. Ein Stapel aus den Filtermassen C1 bis C4 auf der linken Seite des mittleren rohrförmigen Maschengitters kann so aufgebaut sein, daß die Filtermassen jeweils einen unmagnetischen porösen Körper mit darin verteilten kleinen magneti-

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sehen Teilchen und auf ihren Außenflächen außerdem poröse Membrane aufweisen, die fein verteilte magnetische Körpei: mit aufgetragenen Membranen enthalten, die fein verteilte magnetische Körper aufweisen, wobei die Membrane möglicherweise mit einer porösen Kunststoff-Membran beschichtet sind. In den Umgebungen der elektromagnetischen Spule 16 sind ein Stapel oder Stapel von Filtermassen B1 und B4 vorgesehen, die jeweils einen einfachen unmagnetischen porösen Körper aufweisen, der zum Schutz der Spule 16 gegenüber Korrosion oder chemischer Beeinflussung bearbeitet ist.

Die Trennvorrichtung mit dem obigen Aufbau bietet wirksam eine vorteilhafte Kombination von Filtrierung, Kapillarwirkung und Trennung mit einem großen Magnetfeldgradienten, was zu mehreren Wegen durch die Trennvorrichtung führt,, um eine enge Verbindung zwischen dem Fluid und dem magnetischen Material zu bewirken, so daß die nicht sofort mechanisch trennbaren Komponenten wirksam vom Fluid F1 unter der gesteuerten Einwirkung eines Magnetfeldes getrennt werden. Zusätzlich führen die oberflächlichen porösen Membrane, die kleine magnetische Körper enthalten _t die auf den Außenflächen der einzelnen Filtermassen vorgesehen sind, sowie die darüber aufgetragenen Kunststoff-Schichten Filtrierfunktionen getrennt von denjenigen des Innenraumes aus, um oberflächliche Trennfunktionen zu erfüllen und die inneren Filtermittel zu schützen.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß unter "magnetisch" hier auch in erster Linie "magnetisierbar", "magnetisiert", "magnetisch betätigbar" oder "magnetisch betätigt" zu verstehen ist.

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In Pig. 4 sind Teile von Massen dargestellt, die die Filter Ä1 bis E4 der Fig. 3 bilden können. In Fig. 3{A) umfaßt die poröse Gesamtmasse aus einem unmagnetischen Material und mit fluid-durchlässigen untereinander verbundenen Poren 1a in deren Gesamtsubstrat 1b kleine magnetische Teilchen oder Körper 1c, die durch das Substrat 1b verteilt sind. In Fig. 4(B) ist die poröse Gesamtmasse von magnetischen Teilchen in deren Substrat Tb mit den untereinander verbundenen Poren 1a frei, sie weist aber an ihren Außenflächen aufgetragene oberflächliche poröse Schichten 1d auf, in denen kleine magnetische Teilchen 1c verteilt sind. Die fluid-durchlässigen und untereinander verbundenen Poren bilden Durchgänge für das filtrierbare Fluid. In Fig. 4(C) bildet die Masse die Masse der Fig. 4(B) und ist zusätzlich mit einer porösen Kunststoff-Schicht 1e ausgestattet, die auf der porösen Oberflächenschicht 1c vorgesehen ist, in der kleine magnetische Teilchen 1d verteilt sind. Die Masse der Fig. 4(D) entspricht grundsätzlich den Strukturen der Fig. 4(A) und 4(C) zusammen, mit der Ausnahme, daß sie mit mehreren rohrförmigen Fluid-Durchgängen oder -Kanälen 1f ausgestattet ist. Diese verschiedenen Arten der Masse können in einer gewünschten Kombination zur Filtereinheit A1 bis E4 gestapelt werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wobei der Elektromagnet im Innenraum der Filtereinheit (wie dargestellt) vorgesehen ist oder diese außen umgibt. Der Elektromagnet kann durch einen Dauermagneten ersetzt werden, um die gestapelten Filtermassen A1 bis E4 zu erregen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen bestimmte Ausführungsbeispiele des magnetischen Betätigungssystems, das für die Einheit der Fig. 3 vorgesehen werden kann, um die gestapelten Filtermassen zu erregen. Bei der Anordnung der Fig. 5 sind mehrere magnetische Filtermassen 33A, 33B, 33C; 34A, 34B,

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34Cf 35A, 35B, 35C; 36A, 36B, 36C zwischen Platten 31 und 32, die einen N- bzw. S-PoI bilden, einer äußeren Magnetflußquelle vorgesehen. Die N-Pol-Platte 31 ist mit Ausdehnungen 31a versehen, die sich parallel zueinander erstrecken, um die Massen 33B, 33C, 35B und 35C zu erregen, die einzeln hiermit in Berührung sind, und auf ähnliche Weise hat die S-Pol-Platte 32 eine entsprechende Ausdehnung 32A zum Erregen der Massen 34A, 34B, 36A und 36B, die einzeln hiermit in Berührung sind. Die Massen 33A und 35B sind auch in direktem Kontakt mit der Platte 31, und die Massen 34C und 36C sind ebenfalls in direktem Kontakt mit der Platte 32. Die übrigen Räume zwischen den Platten 31 und 32 sind dicht mit einer unmagnetischen porösen Masse 37 gefüllt, um die Massen 33A bis 36C in einem dicht gepackten Zustand zwischen den Platten 31 und 32 zu halten. Die gestapelten mehreren Massen 33A bis 36C können einzeln durch verschiedene Strukturen der Fig. 3 in einer gewünschten Kombination gebildet werden und erzeugen bei magnetischer Betätigung darin Durchgänge eines großen Magnetfeld-Gradienten, um ein wirksames Filtern zu ermöglichen.

Die Anordnung der Fig. 6 verwendet eine Reihe von magnetischen Filtermassen 41, 42, 43 und 44 zwischen einer N- bzw. S-Pol-Platte 45 bzw. 46, wobei die N-Pol-Platte zwei Ausdehnungen 54a aufweist, die den Raum zwischen den Massen 41 und 42 bzw. den Raum zwischen den Massen 43 und 44 einnehmen. Eine einzige Ausdehnung 46a der S-Pol-Platte 46 liegt in der Mitte in Berührung mit den Massen 42 und 43. Eine Magnetspule 47 ist in die Massen 42 und 43 eingebettet und wird durch eine Stromquelle ES über Anschlüsse erregt,

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Die Pig. 7 bis 12 zeigen vergrößert schematische Darstellungen verschiedener Filtermassen-Strukturen nach der Erfindung. Die Struktur der Fig. 7 entspricht der Struktur der Fig. 4(A) und wird durch einen porösen gesinterten Körper 1b eines unmagnetischen Metalles oder einer unmetallischen Substanz mit zahlreichen untereinander verbundenen Poren 1a gebildet, die zu den Außenflächen des Körpers 1b tatsächlich offen sind. Wie bereits oben erläutert wurde, kann der Körper oder das Substrat 1b fein geteilte Magnetteilchen oder -körper enthalten, die darin gleichmäßig verstreut sind. Die Struktur der Fig. 8 ist ein Schaumkörper aus einem kontinuierlichen, ganzen oder homogenen Substrat 1b einer unmagnetischen Substanz und aus untereinander verbundenen Poren 1a, die zu den Außenflächen offen sind, wobei das Substrat 1b wiederum kleine oder feine Magnetteilchen 1c enthält, die darin gleichmäßig verteilt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Wände der untereinander verbundenen Poren 1a im Körper mit einer Schicht einer magnetischen Substanz 1g gebildet, die dort durch elektrolose oder chemische Abscheidung, Dampfzersetzungs-Abscheidung, Verdampfungs-Abscheidung, Schmelz-Sprüh-Abscheidung od. dgl. mit oder ohne einer folgenden Galvanisierung aufgetragen ist.

Bei beiden Strukturen der Fig. 7 und 8 hat der poröse Körper weiterhin auf seinen Außenflächen eine (auf unmagnetischer Basis beruhende) Haftschicht 1d (vgl. auch Fig. 4(B)) mit fein geteilten magnetischen Teilchen oder Körpern 1c, die darin gleichmäßig verstreut sind.

Die Filtermassen-Strukturen der Fig. 9 und 10 ent-

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sprechen jeweils den Strukturen der Fig. 7 und 8 mit der Ausnahme, daß anstelle einer Haftschicht 1d, die magnetische Teilchen 1c enthält, eine Äbscheidungsschicht 1h aus einer magnetischen Substanz, wie diese auf den Wänden der Poren 1a innerhalb des Körpers vorgesehen ist (vgl. Fig. 8}, ausschließlich auf den Außenflächen (Fig. 9) oder auch auf den Außenflächen (vgl. Fig. 1o) aufgetragen ist»

Die Struktur der Fig. 11 hat weiterhin innerhalb des Körpers zusätzliche Fluid-Durchgänge oder -Kanäle 1f wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4(D) und ersetzt die homogene magnetische Schicht 1h der Fig. 9 und 10 mit einer Äbscheidungsschicht 1j eines unmagnetischen Metalles oder einer Legierung mit fein geteilten magnetischen Teilchen 1c, die darin gleichmäßig verstreut sind.

Die Pig» 12 zeigt eine Abwandlung der oben beschriebenen Filtermassen-Strukturen, bei der die auf die Außenflächen des porösen Körpers 1 aufgetragene magnetische Schicht 1d, 1h, 1j gestreifte oder offene Teile einer gesteuerten Größe aufweist, um die Durchlässigkeit des Fluids in das Innere der Masse 1 einzustellen.

Der die verschiedenen Filtermassen-Strukturen bei den obigen Ausführungsbeispielen bildende poröse Körper 1 ist vorzugsweise ein Schaumkörper aus einem Hochpolymer oder Kunststoff» wie z. B. Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polyolefin, Polystyrol, Polyurethan, Phenolharz, Harnstoffharz, Fluorharz (Tetrafluoräthylen), Zellulose-Viskose, Nylon oder Gummi, und kann ein Koks-, Lava-, Konglomerat-, gesintertes oder gebackenes Material, poröser Kohlenstoff,, Textii-Gewebe oder anorganische oder organische poröse Membran sein. " -

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Als Schäumungsmittel zum Erzeugen eines Schaumkörpers aus Kunststoff oder Hochpolymer-Verbindungen (vgl. oben) sind Diazoaminobenzol, Azobisisobutyronitril, Sulfonylhydrazid, Azodicarbonamid, Natriumbicarbonat (doppeltkohlensaures Natron), Ammoniumbicarbonat (doppeltkohlensaures Ammoniak). Pentan. Butan, Propan und Halogenide vorteilhaft.

Die magnetischen Materialien, die die fein unterteilten Teilchen 1c oder die Abscheidungsschichten 1h bilden, können ein Metall oder eine Legierung sein, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus der Ferrit-Familie, der Familie der magnetischen seltenen Erden, der magnetischen Kobalt-Familie, der Platin-Kobalt-Familie besteht und Fe₃O₄, Fe₂O₃, Fe, Ni, Fe₇₅Si₁₅B₁₀, Co₇₅Si₁₅B₁₀, Ni₇₅Si₈B₁₇, Fe₈₀P₁₃C₇, Fe₅Co₇₀Si₁₅B₁₀, Fe₇₈Si₁₀B₁₂ und Fe₅₀Ni₅₀ aufweist.

Das fein geteilte magnetische Material 1c kann bei einer Verteilung im Substrat 1b eine Größe zwischen 0,01 und 300 ,um und bei einer Verteilung in den Schichten Id und 1j eine Größe zwischen 0,1 und 20 ,um haben. Die Dicke der Schichten 1d, 1h, 1j liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 30 ,um.

Beispiel I

Eine Mischung aus 100 Teilen Polystyrol und 35 Teilen fein geteiltem Ferrit einer Größe von 10 bis 2OO ,um mit 0,5 Gew.-% Azodicarbonamid als Schaummittel wird bei 145 ⁰C unter einem verringerten Druck erhitzt, um einen Schaumkörper zu bilden, durch den die Ferrit-Teilchen gleichmäßig verteilt sind. Der Schaumkörper wird in einen Block von

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70 iran Länge, 150 ram Breite und 10 rom Dicke geschnitten, um als Filtermasse verwendet zu werden. Inzwischen wird ein Haftmittel aus 25 Gew.-% Styrol und 75 Gew.-% Butadien vorbereitet, in dem Ferrit-Teilchen von 0,1 bis 3 ,um gleichmäßig verteilt und in einer Menge von 35 Vol.-% enthalten sind. Dann wird das Haftmittel auf die Außenflächen des porösen Blockes in einer Dicke von 0,01 mm aufgetragen. Wenn ein Fluid, das magnetische Komponenten von Größen über 0,1 ,um enthält, durch diese Masse geschickt wird, an der ein äußeres Feld von 4000 Gauss liegt, wird eine hervorragende Filtrierung mit einem Filtrier-Wirkungsgrad über 95 % erzielt. Anschließende Versuche mit ähnlichen Filtermassen, die mit unterschiedlichen Größen der magnetischen Teilchen hergestellt sind, zeigten, daß dieser Wirkungsgrad im wesentlichen erhalten wird, wenn die Größe des fein unterteilten Materials zwischen 0,01 und 300 ,um liegt.

Beispiel II

Ein entsprechend dem Beispiel I vorbereiteter Schaumkörper wird behandelt, um eine in Fig. 10 dargestellte Struktur zu bilden. Hierzu wird der Schaumkörper in einer Folge auf herkömmliche Weise zunächst entfettet, gewaschen und sensibilisiert. Der sensibilisierte Körper wird in ein Galvanisierbad eingetaucht, das Nickelsulfat, Nickelchlorid und Nickelborat mit einem pH-Wert enthält, der durch Zusatz eines oberflächenaktiven Mittels auf 4 bis 6 eingestellt ist, und die Galvanisierung wird ausgeführt, um Abscheidungsschichten 1g auf den Wänden der untereinander verbundenen Poren 1a sowie entlang den Außenflächen des Körpers 1 zu bilden.

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In Pig. 13 ist eine Kurve gezeigt, die die beobachtete Beziehung zwischen der Dicke der magnetischen Abscheidungsschicht und der Adsorptionskraft F der sich ergebenden magnetischen Filtermasse darstellt (F = χ VHj^- , mit H - Magnetfeld, V = Geschwindigkeit des Fluids in Strömungsrichtung Z, und χ = Konstante). In der Kurve zeigt der schraffierte Teil die Eigenschaften herkömmlicher magnetischer Filter. Es zeigt sich, daß mit einer magnetischen Abscheidungsschicht die besten Ergebnisse erreicht werden, wenn deren Dicke zwischen 0,5 und 30 ,um liegt.

Fig. 14 ist eine grafische Darstellung der Eigenschaften einer Filtermasse, die entsprechend dem Beispiel II hergestellt ist, um eine magnetische Abscheidungsbeschichtung einer Dicke von 1 ,um zu haben, für die Reinigung eines verschmutzten Wasserbasis-EDM-Fluids (EDM = elektrische Entladungsbearbeitung), wobei die elektromagnetische Durchlässigkeit abhängig von der Fluid-Geschwindigkeit dargestellt ist. In der Kurve entsprechen drei Kurven A, B und C äußeren Magnetfeldern einer Stärke von 3 kOe, 1 kOe bzw. 0,5 Oe, die an der Filtermasse liegen. Diese Kurven zeigen, daß kein wesentlicher Abfall im Filtrierwirkungsgrad mit steigender Fluid-Geschwindigkeit eintritt, wenn die Masse mit der obigen Abscheidungsschicht gebildet wird.

Beispiel III

Mehrere Schaumkörper, die entsprechend dem Beispiel I hergestellt und entsprechend dem Beispiel II verarbeitet werden, sind gestapelt, um eine magnetische Filtermasseneinheit zu bilden, wie diese in Fig. 3 gezeigt ist. Die

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Spule wird erregt, um ein äußeres Magnetfeld von 4800 Gauss zu erzeugen, das an den Massen der Einheit liegt.

Fig. 15 zeigt grafisch die Eigenschaften eines herkömmlichen magnetischen Filters in einer Kurve Ä sowie die Eigenschaften der obigen Filtereinheit in einer Kurve B, wobei auf der Ordinate das Druckgefälle der Filter und auf der Abszisse die Verwendungs- oder Einsatzzeit CMonate) aufgetragen sind. Bei der herkömmlichen Filtereinheit, die einen wirksamen Oberflächenbe-

reich von 1_P8 m aufweist, zeigt sich, daß deren Druckgefälle unmittelbar nach Beginn des Einsatzes ansteigt und dann nach Ablauf einer Zeitdauer von neun (9) Monaten vom Anstiegspegel aus wieder scharf ansteigt. Nach swölf (12) Monaten Einsatz zeigt diese Einheit eine Sammlung von Eisenteilchen von 4,6 kg aus einem verschmutzten Wasser mit einer Temperatur von 25 ⁰C und einem optischen Adsorptions- oder Extinktionsvermögen unter 30 %.

Im Vergleich hat die Filtereinheit des Beispiels III mit

2 einem effektiven Oberflächenbereich von 0,3 m dort einen extrem langsamen Anstieg des Druckgefalles. Diese Einheit hat ein sehr gutes Trennvermögen, mit dem kleine Eisenteilchen von 0,01 bis 30 ,um zu über 90 % gesammelt werden können, und sie kann das ursprüngliche Filtriervermögen wiedergewinnen, wenn sie mit einem Luftstrom nach einem Einsatz von 18 Monaten rückgespült wird.

Die Fig. 16 und 17 zeigen eine magnetische Filtermasse nach der Erfindung, die der in Fig. 2(C) oder in Fig. 8, 9 oder 10 dargestellten Struktur ähnlich ist, jedoch eine Schutzschicht 1m eines Hochpolymere aufweist, das eine magnetische Schicht 1d oder 1g über den Außen-

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flachen des Körpers und auch über den Innenwänden der Poren 1a bedeckt. Die Hochpolymer-Schicht kann aus einer porösen Membran bestehen, die getrennt hergestellt und dann auf die Schicht 1d oder 1g durch ein Haftmittel aufgetragen wird, oder sie kann in flüssiger Phase vorliegen und auf die Schicht 1d oder 1g durch Sprühen aufgebracht werden. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann auch das Substrat 1b in vorteilhafter Weise feine Magnetteilchen 1c besitzen, die darin gleichmäßig verteilt sind.

Fig. 18 zeigt schentatisch eine vergrößerte Darstellung eines Teiles der Strukturen der Fig. 16 und 17. Magnetische Schichten 1d, 1g werden am Substrat 1b angebracht und gleichzeitig mit porösen Schutzschichten 1m bedeckt, um dadurch abgedichtet zu werden.

Beispiel IV

Eine Mischung aus Polystyrol mit 0,5 Gew.-% Azodicarbonamid als Schaumkörper wird bei 145 ⁰C unter einem verringerten Druck erhitzt, um einen als Filtermasse verwendbaren porösen Körper zu bilden. Die Masse wird dann durch chemische oder elektrolose Abscheidung mit einer 1 ,um dicken Nickelschicht über ihren Außenflächen sowie den Wänden der darin enthaltenen untereinander verbundenen Poren überzogen. Anschließend wird ein Polystyrol-Film von 1 ,um auf die Nickelschicht aufgetragen. Wenn die Masse in ein äußeres Magnetfeld von 3 kOe gebracht wird, so erlaubt dies eine Filtrierung des verschmutzten Wassers, um ein Filtrat mit im wesentlichen der ursprünglichen Reinheit bei einer Geschwindigkeit von 500 ra/h abzugeben. Der Versuch wird auch mit einer HCl-Lösung des pH-Wertes

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ausgeführt. Es hat sich gezeigt, daß die mit den Schutzfilmen ausgestattete Filtriereinheit einen kontinuierlichen Betrieb über 300 h bei Stabilität gegenüber dem korrosierenden Fluid erlaubt.

In Fig. 19 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, mit dem der Filtrier-Wirkungsgrad erhöht und die Neigung einer magnetischen Filtermasse zum Verschlammen oder Verstopfen verringert werden kann, wodurch deren Einsatzdauer vergrößert wird. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt einen Trennbehälter 51, in den eine zu behandelnde Flüssigkeit E1 über eine Leitung 52 eingeführt wird. Im Behälter 51 ist eine magnetische Filtereinheit 53 vorgesehen, die die oben erläuterte magnetische Filtermasse 54 und eine Spule 55 zum Erregen der Masse aufweist, wobei die Einheit 53 auf einem Träger 56 mit Schenkeln angebracht ist, die auf dem Boden des Behälters befestigt sind. Die Filtereinheit ist in einem Gehäuse vorgesehen, das eine nach oben ragende Auslaß-Leitung 58 für das FiItrat hat, das in einen Speicherbehälter 59 über eine Rinne 60 gebracht wird, die die beiden Behälter 51 und 59 verbindet. Die gereinigte Flüssigkeit F2 wird zur Verwendung durch eine Pumpe 61 abgeführt.

Erfindungsgemäß ist die magnetische Filtereinheit Misch- oder
einem/Zusatzsystem 62 zugeordnet, das einen Luftstrom in

den Bereich der Filtermasse 54 durch einen Kompressor .63 über eine Leitung 65 speist, die mit der Einheit 53 über

Misch- oder

ein Stellventil 64 verbunden ist. Das die/Zusatz-Filtereinheit 53 festlegende Gehäuse 57 ist auch mit einem Abflußrohr 66 versehen, um die in der Masse 54 gesammelten Komponenten abzuführen.

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Der unter Druck durch den Kompressor 63 durch das Ventil 64 eingespeiste Luftstrom reißt die filtrierbare Flüssigkeit PI im Behälter 51 mit, so daß eine Strömung einer homogenen Flüssigkeits-Luftblasen-Mischung entsteht. Infolge der Blasen-Pumpwirkung steigt die Flüssigkeits/Luft-Mischung hinter die durch die elektromagnetische Spule 55 erregte Filtermasse 54 an und wird in dieser einer magnetischen Trennung unterworfen, um kontinuierlich durch die Auslaß-Leitung 58 ansteigen zu können. Beim Durchgang der Filtermasse 54 wird die Flüssigkeit F1 so mit der komprimierten Luft vermengt und homogen mit dieser gemischt, wobei die Mischung durch zahlreiche Bezirke eines großen Magnetfeld-Gradienten verläuft, die im vermengten oder umgerührten Zustand sind. Dadurch wird der Filtrier-Wirkungsgrad wesentlich erhöht, während die Masse 54 weniger verstopft oder verschlämmt wird. Eine sehr schnelle wirksame Verschiebung der Luft durch die Masse 54 nimmt größere unmagnetische Verunreinigungen vom darin enthaltenen Sammelbezirk mit. Diese Vorrichtung ist daher zum selektiven Trennen magnetischer Komponenten besonders vorteilhaft.

Die Erfindung sieht also eine magnetische Trennvorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Betrieb mit erhöhtem Wirkungsgrad, längerer Einsatzdauer und geringerer Verschlammung oder Verstopfung der magnetischen Filtermasse vor.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer magnetischen Trennvorrichtung,

mit einer Filtermasse, die von einem Fluid-Strom durchsetzt wird, der zu trennende magnetisch empfindliche Komponenten enthält,

wobei ein Magnetfeld eines groSen Feldgradienten dort einwirkt, um die Komponenten darin zu sammeln, wodurch sich die Induktivität der Masse ändert, wenn sie magnetisch die Komponenten aus dem Fluid-Strom sammelt,

gekennzeichnet durch

Oberwachen der Änderung der Induktivität der Filtermasse CD während des magnetischen Sammelns der Komponenten, und

Erzeugen eines elektrischen Signales nach Erfassung einer einen vorbestimmten Wert überschreitenden überwachten Induktivität.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

gekennzeichnet durch

automatisches Erzeugen eines Bediener-Warnsignales

mit dem elektrischen Signal,

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

automatisches Beenden des magnetischen Sammelns der Komponenten und Rückspulen der Filtermasse (1) abhängig von der Erzeugung des elektrischen Signales.

4. Magnetische Trennvorrichtung,

mit einer Filtermasse, die von einem Fluid-Strom durchsetzbar ist, der zu trennende magnetisch empfindliche Komponenten enthält,

wobei ein Magnetfeld eines großen Feldgradienten dort einwirkt, um die Komponenten darin zu sammeln, wodurch sich die Induktivität der Masse ändert, wenn sie magnetisch die Komponenten aus dem Fluid-Strom sammelt, gekennzeichnet durch

einen Wächter (3) zum überwachen der Änderung der Induktivität der Filtermasse (1} während des magnetischen Sammelns der Komponenten, und

einen Signalgenerator (4, 5, 6) zum Erzeugen eines elektrischen Signales nach Erfassung der einen vorbestimmten Wert überschreitenden überwachten Induktivität.

5. Magnetische Trennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Signalgenerator (4, 5, 6) automatisch ein Bediener-Warnsignal mit dem elektrischen Signal erzeugt.

6. Magnetische Trennvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der Signalgenerator {4, 5, 6) automatisch das magnetische Sammeln der Komponenten abhängig von der Erzeugung des elektrischen Signales beendet, um die Piitermasse (1) zu waschen.

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7. Magnetische Trennvorrichtung,

wobei ein Magnetfeld eines großen Feldgradienten dort einwirkt, um darin die Komponenten zu sammeln, dadurch gekennzeichnet,

daß die Masse aus einem porösen Körper (1) mit einem Substrat aus einer unmagnetischen Substanz besteht,

daß der Körper (1) untereinander verbundene Poren (1a) enthält, die zu dessen Außenflächen offen sind, und

daß wenigstens ein Teil der Wände der Poren (1a) mit einer Schicht (1g) aus einer magnetischen Substanz belegt ist.

8. Magnetische Trennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der poröse Körper (1) einen Körper aufweist, der aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem Schaumkörper aus einem Hochpolymer oder Kunststoff, Koks, Lava, Konglomeraten, gesinterten oder gebackenen Körpern, porösen Kohlenstoffen, Textil-Gewebe und anorganischen oder organischen Membranen besteht.

9. Magnetische Trennvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die magnetische Schicht (1g) eine homogene Schicht eines magnetisierbaren Metalles ist.

10. Magnetische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

dadurch gekennzeichnet»

daß die magnetische Schicht (1g) eine iramagnetische Substrat-Substanz aufweist,, in der fein geteiltes magnetisierbares Material gleichmäßig verteilt ist.

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11. Magnetische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,

dadurch gekennzeichnet,

daß die magnetische Schicht (1g) mit einer Schicht aus einem Polymer-Material bedeckt ist.

12. Magnetische Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,

dadurch gekennzeichnet,

daß der poröse Körper (1) fein geteiltes magnetisierbares Material enthält, das darin gleichmäßig verteilt ist.

13. Magnetische Trennvorrichtung,

mit einer Filtermasse, die von einem Strom einer filtrierbaren Flüssigkeit durchsetzbar ist, die zu trennende magnetisch empfindliche Komponenten enthält,

wobei ein Magnetfeld eines großen Feldgradienten dort einwirkt, um darin die Komponenten zu sammeln, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (62) zum Injizieren eines Gasstromes vor der Filtermasse (1) in den filtrierbaren Flüssigkeitsstrom, um die Flüssigkeit in der Form ihrer Mischung mit den Gasen durch die Filtermasse (1) zu leiten.

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