MAGNETIC SEPARATOR

Abstract: 1. A magnetic separator, preferably for the separation of materials having slight differences in magnetic susceptibility, consisting of exciting coils (3, 5 and 4, 6) for producing a magnetic field in the separation volume (7) in which the particles to be separated are exposed to a counter-force and a component of the magnetic force, characterised in that a force equilibrium is produced between the magnetic force and the opposingly directed counter-force on the particles located in the separation volume (7) wherein the magnetic field is induced predominantly by the form and position of the exciting coils (3, 5 and 4, 6).

Description: Die-Erfindung betrifft einen Magnetscheider. Vorzugsweise für eine Spulenanordnung,die für isodynamische Magnetscheider für grossen Durchsatz geeignet ist. -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 Laboratoriumszwecke geeigneten Magnet scheidern. 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 den die Kräfte auf Teilchen mit einer bestimmten Volums- suszeptibilität to unabhängig sind vom Ort im betrachtetem 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 g und dem Teilchenvolumen V ist: b s F - X . V . BI . grad H. Die Feldgrösse f = 'B' . grad H ist eine Beschreibung des Magnetfeldes, sie hat die Dimension einer Kraftdichte (N/m3) und wird als ScheidekraftdÅachte bezeichnet. Bei dem in der genannten US-PS beschriebenen Magnetscheider wird die Schwerkraft als Gegenkraft benützt, weshalb gefordert wird, dass die Scheidekraftdichte f über das Scheidevolumen konstant sein soll. Das Magnetfeld, das diese Bedingungen erfüllt, wird in dieser Druckschrifj alr isodynamisches Magnetfeld bezeichnet. Ein solches Magnetfeld wird durch speziell geformte Magnetpolkontur eines Elektromagneten mit Eisenjoch angenähert. Will man als Gegenkraft eine andere GröDe wie z.B. die Fliehkraft heranziehen, so muss die Scheidekraftdichte 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 Eisenj oches beschränkt. Im Verein mit einer gewfinschten Geometrie des Volumens, in dem die Materialien getrennt werden sollen, ist somit die grösstmögliche Scheidekraftdichte definiert. Sind gröDere Scheidekraftdichten notwendig, eo muss bei gleichbleibender Geometrie die maximale magnetische Induktion erhöht werden oder bei gleichbleibender maximaler Induktion die geometrische Abmessung verringert werden. Eine Vergrösserung der geometrischen Abmessungen 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. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Magnetscheider zu schaffen, der die Nachteile der obengenannten Magnetfelder vermeidet und ein Magnetfeld erzeugt, bei dem für eine bestimmte Volumssuzeptibilität die hervorgerufene Scheidekraft einer entsprechenden Gegenkraft angepasst ist, ohne dabei durch die Sättigungsinduktion eines Eisenjoches beschränkt zu sein. Der erfindungsgemässe Magnetscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass 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 Mit der Erfindung ist es erstmals möglich die der Erfindung gestellte Aufgabe optimal einer Lösung zuzuführen. Eine kontinuierliche Scheidemoglichkeit für unterschiedlich paramagnetische Materialien ist dadurch gegeben. Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung 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. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Magnetfeld durch langgestreckte Spulen induziert, wobei die Spulenlängiseiten symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sind und das symmetrisch zur Symmetrieebene angeordnete Scheidevolumen umfassen. Diese Merkmale beziehen sich auf eine Scheidekanalanordnung in nicht rotationssymmetrischer Geometrie. Für diese Beding ungen liefert die Spulenanordnung optimale Konstanz der Scheidekraftdichte. Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Erregerspulen aus normalleitendem Material hergestellt. Für gewisse Scheideprobleme ist diese Ausführung ausreichend. Sie 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 GemäP 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 Abschirmung des magnetischen Feldes ein oder mehrere Eisenjoche oder eine normalleitende oder ein supraleitende Fläche vorgesehen. Der Vorteil dieser beiden Merkmale liegt darin, dass eine Verminderung des Streufeldes und eine Erhöhung des Nutz feldes dadurch gegeben ist. In der Zeichnung ist an Hand eines Ausführungsbei- spieles die Erfindung näher erläutert. In der Fig. ist eine rotationssymmetrische Erregerspulenanordnung dargestellt, wobei mit 1 die Rotation8achse und mit 2 die Symmetrieebene bezeichnet ist. Die Erregerspulen 3 und 5, die oberhalb der Symmetrieebene 2 angeordnet sind, sind z.B. im positivem Sinn stromdurchflossen, die Erregerspulen 4 und 6, die unterhalb der Symmetrieebene 2 angeordnet sind, sind dementsprechend im negativen Sinr. stromdurchflossen. Durch diese gegensinnige Durchflutungsanordnung wird der gesamte magnetische Fluss der oberen bzw. der unteren beiden Spulen zwischen den Spulenpaaren 3, 5 und 4, 6 hindurchgedrückt und erzeugt dadurch im ringkanalförmigen Scheidevolumen 7 eine annähernd konstante Scheidekraftdichte. Die Gegenkraft ist in diesem Beispiel die Fliehkraft, die im ringkanalförmigen Scheidevolumen 7 auf die mit der Transportgeschwindigkeit bewegten Teilchen wirkt. Die oberlagerung der Fliehkraft mit den Schleppkräften in der Trägerflüssigkeit, gemeinsam mit der kleinen radialen Ausdehnung des Scheidevolumens, ergeben eine annähernd räumlich konstante Gegenkraft, sodass sich für Teilchen einer bestimmten Volumssuszeptibilität X durch Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit kfa (damit der Fliehkraft) und der 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 Volumssus zeptibili täten der zu schei denden Materialien auf die unterschiedlichen Materialteilchen eine unterschiedliche Kraft aus. Diese magnetische Kraft steht in Konkurrenz zu der für alle Teilchen annähernd gleichen Gegenkraft. FUr Materialteilchen mit grösserer Volumssuszeptibilität als X5 überwiegt die magnetische Kraft, während für Materialteilchen mit kleinerer Volumssuszeptibilität als die Gegenkraft überwiegt. Wird die Erregerspulenanordnung von der Fig. nicht als rotationssymmetrisches Gebilde betrachtet, sondern als langgestrecktes Gebilde, so ist die Gegenkraft eine t:Tberlagerung der Schleppkräfte im Trägerfluid mit der Schwerkraft. Aus der Fig. 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 Spulen teilquerschnitten lässt sich die gewünschte Konstanz der Scheidekraftdichte über das Scheidevolumen bzw. die gewünschte Anpassung an die räumlich veränderliche Gegenkraft erreichen.

Claims: Patentansprüche 1. Magnetscheider dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld, das die zur Scheidung mit hoher Trennschärfe notwendige, der Gegenkraft ange passte Kraftdichte im Scheidevolumen erzeugt, im überwiegenden Ausmass durch die Form und Lage der Erregerspulen induziert ist. 2. Magnetscheider nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Magnetfeld durch rotations symmetrische Spulen induziert istvdie 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. 3. Magnetscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch langgestreckte Spulen induziert ist, wobei die Spulenlängsseiten symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet sind und das symmetrisch zur Symmetrieebene angeordnete Scheide volumen umfassen. 4. Magnetscheider nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erreger spulen aus normalleitendem Material hergestellt sind. 5. Magnetscheider nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erreger spulen aus Supraleitern hergestellt sind. 6. Magnetscheider nach mindestens 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. Magnetscheider nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschirmung des magn. Feldes ein oder mehrere Eisenjoche oder eine normalleitende oder eine supraleitendeFläche vorgesehen sind.

Inventors: FILLUNGER, HARALD, DIPL.-ING., GRUNDORFER, STEPHAN, DR., Gründorfer, Stephan, Dr.
Applicants: ELIN-UNION AKTIENGESELLSCHAFT FUR ELEKTRISCHE INDUSTRIE
Application year: 1985
Main classification: B03C1
IPC codes: B03C1