AT391280B - Magnetscheider ii - Google Patents

Description

Nr. 391 280

Die Erfindung betrifft einen Magnetscheider, wobei das Magnetfeld, das die zur Scheidung mit hoher Trennschärfe notwendige, der Gegenkraft angepaßte Kraftdichte im Scheidevolumen erzeugt, im überwiegenden Ausmaß durch die Form und Lage der Enegerspulen induziert ist, nach Patent Nr. 379 525.

Die heute industriell verwendeten Magnetscheider sind im allgemeinen gut geeignet, Materialien mit ferromagnetischen oder stark paramagnetischen Eigenschaften von anderen Materialien mit diamagnetischen oder schwach paramagnetischen Eigenschaften zu trennen. Eine Trennung von Materialien mit nur geringen Unterschieden in ihren paramagnetischen Eigenschaften gelingt nur in einigen für Lahnratorinnrisy.wer.kfi geeigneten Magnetscheidern.

Aus der US-PS Nr. 2.056,426 über ein derartiges Gerät ist bekannt, daß zur weitgehenden Trennung von Materialien mit geringen Unterschieden in ihren paramagnetischen Eigenschaften ein Magnetfeld notwendig ist, bei dem die Kräfte auf Teilchen mit einer bestimmten Volumssuszeptibilität X5 unabhängig sind vom Ort im betrachteten Scheidevolumen. Dazu muß ein Gleichgewicht herrschen zwischen der magnetischen Kraft und einer entgegengesetzt gerichteten Gegenkraft auf die Teilchen. Die magnetische Kraft auf ein Teilchen mit der Volumssuszeptibilität X und dem Teilchenvolumen V ist:

F = X . V . ΪΒΙ. grad H -ft -ft. _ft

Die Feldgröße f = IBI. grad H ist eine Beschreibung des Magnetfeldes, sie hat die Dimension einer Kraftdichte (N/m^) und wird als Scheidekraftdichte bezeichnet. Bei dem in der genannten US-PS beschriebene^ Magnetscheider wird die Schwerkraft als Gegenkraft benutzt weshalb gefordert wird, daß die Scheidekraftdichte f über das Scheidevolumen konstant sein soll. Das Magnetfeld, das diese Bedingungen erfüllt, wird in dieser Druckschrift als isodynamisches Magnetfeld bezeichnet. Ein solches Magnetfeld wird durch speziell geformte Magnetpolkontur eines Elektromagneten mit Eisenjoch angenähert. Will man als Gegenkraft eine andere Größe wie z. B. die Fliehkraft heranziehen, so muß die Scheidekraftdichte f die gleiche räumliche Verteilung wie die Gegenkraft haben.

Bei Magnetscheidern mit Magnetflußführung durch ein Eisenjoch ist zur Formung des notwendigen Magnetfeldes eine entsprechende Kontur des Eisenjoches notwendig. Bei solchen Magnetscheidern ist die Höhe der magnetischen Induktion im wesentlichen auf die Sättigungsinduktion des Eisenjoches beschränkt. Im Verein mit einer gewünschten Geometrie des Volumens, in dem die Materialien getrennt werden sollen, ist somit die größtmögliche Scheidekraftdichte definiert. Sind größere Scheidekraftdichten notwendig, so muß bei gleichbleibender Geometrie die maximale magnetische Induktion erhöht werden oder bei gleichbleibender maximaler Induktion die geometrische Abmessung verringert werden.

Eine Vergrößerung der geometrischen Abmessung zum Zwecke eines größeren Durchsatzes und/oder der Scheidung größerer Kornklassen bedingt eine Erhöhung der maximalen Induktion, wenn die Scheidekraftdichte unverändert bleiben soll. Das hat zur Folge, daß zur Formung des Magnetfeldes nicht mehr ausschließlich das Eisenjoch verwendet werden kann. Die Form des Magnetfeldes wird mit zunehmender Stärke der magnetischen Induktion mehr und mehr von der Lage und der Form der Erregerspulen bestimmt. Die Erhöhung der Induktion erfordert hohe Amperewindungszahlen.

Wie bereits grob umrissen, tritt eine Magnetscheidung auf, wenn auf magnetisierbare Teilchen mindestens zwei Kräfte einwirken, wobei mindestens eine davon durch ein Magnetfeld hervorgerufen wird und die Teilchen in eine bestimmte Richtung bewegen soll, während die anderen Kräfte als Gegenkräfte oder Beharrungskräfte die vom Magnetfeld nicht beeinflußten Teilchen in eine andere Richtung bewegen bzw. auf ihrer ursprünglichen Bahn oder Platz belassen sollen.

Im AT-Patent Nr. 379 525 ist ein Magnetscheider beschrieben, der die Nachteile der obengenannten Magnetfelder vermeidet und ein Magnetfeld erzeugt, bei dem für eine bestimmte Volumssuszeptibilität die hervorgerufene Scheidekraft einer entsprechenden Gegenkraft angepaßt ist, ohne dabei durch die Sättigungsinduktion eines Eisenjoches beschränkt zu sein.

Gemäß der AT-PS Nr. 379 525 ist das Magnetfeld durch rotationssymmetrische Spulen induziert, die symmetrisch zum Scheidevolumen angeordnet und in bezug auf die Symmetrieebene gegensinnig stromdurchflossen sind und das Scheidevolumen umfassen und der Radius des Zentrums des Scheidevolumens kleiner ist als der größte Radius der Erregerspulen, jedoch größer als der kleinste Radius der Erregerspulen. Dadurch ist eine einfache Lösung des Problems gegeben, die Geometrie der Magnetspulen festzulegen.

Durch diese gegensinnige Stromdurchfluß-Anordnung wird der magnetische Fluß zwischen den gegensinnig stromdurchflossenen Spulen hindurchgedrückt. Dabei wird eine annähernd konstante Scheidekraftdichte im Scheidevolumen erzeugt, wobei der Magnetfeldgradient grad H annähernd parallel zur magnetischen Induktion B liegt.

Die zu trennenden magnetisierbaren Teilchen werden im allgemeinen annähernd parallel zu der von Magnetscheider erzeugten magnetischen Induktion B magnetisiert. Kleine Abweichungen der Magnetisierungsrichtung von der magnetischen Induktion B können sich aus der Wechselwirkung der beteiligten Teilchen untereinander ergeben, sind aber nur von untergeordneter Bedeutung.

Bei der Magnetisierung von vielen, gleich stark oder teilweise verschieden stark magnetisierten Teilchen -2-

Nr. 391 280 können sich durch Anlagerung der Teilchen aneinander Ketten bilden, die im wesentlichen in Richtung der vom Magnetscheider erzeugten magnetischen Induktion $ ausgerichtet sind.

Wenn ein Magnetscheider so gebaut ist, daß der Magnetfeldgradient grad H annähernd parallel zur magnetischen Induktion S ist, werden die entstehenden Ketten annähernd parallel zum Magnetfeldgradienten S grad H liegen, d. h. aber auch annähernd parallel zur Trennrichtung der Trennkraft F liegen. Bei der Trennung der verschieden stark magnetisierten Teilchen müssen diese sich entlang der Ketten bzw. durch die Ketten durch bewegen. Durch die gegebene Lage dieser Ketten kann eine Trennung der verschieden stark magnetisierten Teilchen erschwert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Magnetscheider der eingangs genannten Art zu schaffen, der die 10 obigen Nachteile vermeidet

Der erfindungsgemäße Magnetscheider ist dadurch gekennzeichnet, daß im Scheidevolumen die magnetische Induktion annähernd senkrecht auf den Gradienten des Magnetfelds steht Dadurch ergibt sich die Möglichkeit verschieden stark magnetisierte Teilchen aus angelagerten Ketten, die annähernd in Richtung der magnetischen Induktion B ausgerichtet sind, leichter abgetrennt werden können. 1S Weiters ist dadurch eine kontinuierliche Scheidemöglichkeit für unterschiedlich paramagnetische Materialien gegeben, wobei die durch Kettenbildung in Trennrichtung mögliche Beeinträchtigung der Trennschärfe verhindert wird.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetfeld durch rotationssymmetrische Spulen induziert, die symmetrisch zum Scheidevolumen angeordnet und in bezug auf die Symmetrieebene gleichsinnig 20 stromdurchflossen sind und das Scheidevolumen umfassen und der Radius des Zentrums des Scheidevolumens kleiner ist als der größte Radius der Erregerspulen, jedoch größer als der kleinste Radius der Erregerspulen. Dadurch ist eine einfache Lösung des Problems gegeben, die Geometrie der Magnetspulen festzulegen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Magnetfeld durch langgestreckte Spulen induziert, wobei die Spulenlängsseiten symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sind und das symmetrisch zur 25 Symmetrieebene angeordnete Scheidevolumen umfassen. Diese Merkmale beziehen sich auf eine Scheidekanalanordnung in nicht rotationssymmmetrischer Geometrie. Für diese Bedingungen liefert die Spulenanordnung optimale Konstanz der Scheidekraftdichte.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Erregerspulen aus metallischem Material wie z. B. Kupfer, Aluminium u. dgl. hergestellt. Für gewisse Scheideprobleme ist diese Ausführung ausreichend. Sie 30 ist eine wirtschaftlich vertretbare Lösung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Erregerspulen aus Supraleitern hergestellt. Schwach magnetische Materialien lassen sich nur mit aus Supraleitern erzeugbaren Magnetfeldern trennen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind zur Erhöhung der magnetischen Induktion oder zur Verringerung der Amperewindungszahl ein oder mehrere Eisenkerne oder Eisenjoche vorgesehen. Ebenso sind zur 35 Abschirmung des magnetischen Feldes ein oder mehrere Eisenjoche oder eine normalleitende oder eine supraleitende Fläche vorgesehen. Ebenso sind zur Abschirmung des magnetischen Feldes ein oder mehrere Eisenjoche oder eine normalleitende oder eine supraleitende Fläche vorgesehen. Der Vorteil dieser beiden Merkmale liegt darin, daß eine Vereinbarung des Streufeldes und eine Erhöhung des Nutzfeldes dadurch gegeben ist. 40 In der Zeichnung ist an Hand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert. In der Zeichnung ist eine rotationssymmetrische Erregerspulenanordnung dargestellt, wobei mit (1) die Rotationsachse und mit (2) die Symmetrieebene bezeichnet ist

Die Erregerspulen (3) und (5), die oberhalb der Symmetrieebene (2) angeordnet sind, sind z. B. im positiven Sinn stromdurchflossen, die Erregerspulen (4) und (6), die unterhalb der Symmetrieebene (2) angeordnet sind, 45 sind dementsprechend ebenfalls im positiven Sinn stromdurchflossen. Durch die gleichsinnige Stromdurchfluß-Anordnung baucht der magnetische Fluß zwischen den Spulenpaaren (3), (5) einerseits und (4), (6) anderseits aus, so daß ein Gradient des Magnetfelds entsteht, der annähernd senkrecht auf die durch die Spulen erzeugte magnetische Induktion steht, und im ringkanalförmigen Scheidevolumen (7) eine annähernd konstante Scheidekrafidichte erzeugt wird. 50 Die Gegenkraft ist in diesem Beispiel die Fliehkraft, die im ringkanalförmigen Scheidevolumen (7) auf die mit der Transportgeschwindigkeit bewegten Teilchen wirkt. Die Überlagerung der Fliehkraft mit den Schleppkräften in der Trägerflüssigkeit, gemeinsam mit der kleinen radialen Ausdehnung des Scheidevolumens, ergeben eine annähernd räumlich konstante Gegenkraft, so daß sich für Teilchen einer bestimmten Volumssuszeptibilität Xj durch Einstellung der Durchflußgeschwindigkeit vq (damit der Fliehkraft) und der 55 Größe der magnetischen Induktion (damit der magnetischen Scheidekraft) ein Kräftegleichgewicht unabhängig vom Ort innerhalb des Scheidevolumens erreichen läßt.

Die magnetische Scheidekraftdichte übt infolge der unterschiedlichen Volumssuszeptibilitäten der zu scheidenden Materialien auf die unterschiedlichen Materialteilchen eine unterschiedliche Kraft aus. Diese magnetische Kraft steht in Konkurrenz zu der für alle Teilchen annähernd gleichen Gegenkraft. Für 60 Materialteilchen mit größerer Volumssuszeptibilität als Xj überwiegt die magnetische Kraft, während für

Materialteilchen mit kleinerer Volumssuszeptibilität als Xj die Gegenkraft überwiegt. -3-

Claims (7)

1. Nr. 391 280 Wird die Erregerspulenanordnung von der Zeichnung nicht als rotationssymmetrisches Gebilde betrachtet, sondern als langgestrecktes Gebilde, so ist die Gegenkraft eine Überlagerung der Schleppkräfte im Trägerfluid mit der Schwerkraft. Aus der Zeichnung ist weiters ersichtlich, daß im allgemeinen das Scheidevolumen zwischen die Erregerspulen zu liegen kommt Setzt man konstante Stromdichte über die Querschnitte der Erregerspulen voraus, so läßt sich mit einem Spulenpaar mit nicht rechteckigem Querschnitt bzw. mit mehreren Spulenpaaren mit rechteckigem Querschnitt die gewünschte Konstanz der Scheidekraftdichte über das Scheidevolumen bzw. die gewünschte Anpassung an die räumlich veränderliche Gegenkraft erreichen. Bei Verwendung von Spulenpaaren mit unterschiedlichen Stromdichten in den einzelnen beliebig geformten Spulenteilquerschnitten läßt sich die gewünschte Konstanz der Scheidekraftdichte über das Scheidevolumen bzw. die gewünschte Anpassung an die räumlich veränderliche Gegenkraft erreichen. PATENTANSPRÜCHE 1. Magnetscheider, wobei das Magnetfeld, das die zur Scheidung mit hoher Trennschärfe notwendige, der Gegenkraft angepaßte Kraftdichte im Scheidevolumen erzeugt, im überwiegenden Ausmaß durch die Form und Lage der Erregerspulen induziert ist, nach Patent Nr. 379 525, dadurch gekennzeichnet, daß im Scheidevolumen (7) die magnetische Induktion annähernd senkrecht auf den Gradienten des Magnetfelds steht
2. 2. Magnetscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch rotationssymmetrische Spulen (3), (4), (5), (6) induziert ist, die symmetrisch zum Scheidevolumen (7) angeordnet und in bezug auf die Symmetrieebene (2) gleichsinnig stromdurchflossen sind und das Scheidevolumen (7) umfassen und der Radius des Zentrums des Scheidevolumens (7) kleiner ist als der größte Radius der Erregerspulen (5), (6), jedoch größer als der kleinste Radius der Erregerspulen (3), (4).
3. 3. Magnetscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld durch langgestreckte Spulen (3), (4), (5), (6) induziert ist, wobei die Spulenlängsseiten symmetrisch zu einer Symmetrieebene (2) angeordnet sind und das symetrisch zur Symmetrieebene (2) angeordnete Scheidevolumen (7) umfassen.
4. 4. Magnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (3), (4), (5), (6) aus metallischem Material wie z. B. Kupfer, Aluminium u. dgl. hergestellt sind.
5. 5. Magnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen (3), (4), (5), (6) aus Supraleitern hergestellt sind.
6. 6. Magnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der magnetischen Induktion oder zur Verringerung der Amperewindungszahl ein oder mehrere Eisenkerne oder Eisenjoche vorgesehen sind.
7. 7. Magnetscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschirmung des magnetischen Feldes ein oder mehrere Eisenjoche oder eine normalleitende oder eine supraleitende Fläche vorgesehen sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-