Vorrichtung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden ferro- magnetischer Partikel aus einer Suspension, mit einem von der Suspension durchströmbaren rohrförmigen Reaktor mit einem Einlass und einem Auslass und einem Mittel zum Erzeugen eines Magnetfelds.

Um ferromagnetische Bestandteile, die in Erzen erhalten sind, zu gewinnen, wird das Erz zu Pulver gemahlen und das erhaltene Pulver mit Wasser gemischt. Diese Suspension wird einem Magnetfeld ausgesetzt, das durch einen oder mehrere Magnete erzeugt wird, sodass die ferromagnetischen Partikel angezogen werden, wodurch diese aus der Suspension abgeschieden werden können . Aus der DE 27 11 16 A ist eine Vorrichtung zum Trennen ferro- magnetischer Partikel aus einer Suspension bekannt, bei der eine aus Eisenstäben bestehende Trommel verwendet wird. Die Eisenstäbe werden während der Drehung der Trommel abwechselnd magnetisiert , sodass ferromagnetische Partikel an den Eisen- Stäben anhaften, wohingegen andere Bestandteile der Suspension zwischen den Eisenstäben herunterfallen.

In der DE 26 51 137 AI wird eine Vorrichtung zur Trennung magnetischer Partikel von einem Erzmaterial beschrieben, bei der die Suspension durch ein Rohr geleitet wird, das von einer Magnetspule umgeben ist. Die ferromagnetischen Partikel sammeln sich am Rand des Rohrs an, andere Partikel werden durch ein mittleres Rohr, das sich im Inneren des Rohrs befindet, abgeschieden.

Ein magnetischer Separator wird in der US 4,921,597 B beschrieben. Der magnetische Separator besitzt eine Trommel, auf der eine Mehrzahl von Magneten angeordnet ist. Die Trom- mel wird entgegengesetzt zur Fließrichtung der Suspension gedreht, sodass ferromagnetische Partikel an der Trommel anhaf ^¬ ten und von der Suspension getrennt werden. Ein Verfahren zur kontinuierlichen magnetischen Separation von Suspensionen ist aus der WO 02/07889 A2 bekannt. Dort wird eine drehbare Trommel verwendet, in der ein Permanent ^¬ magnet befestigt ist, um ferromagnetische Partikel aus der Suspension abzuscheiden.

Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren besteht teilweise das Problem, dass auch Sand und andere in dem gemahle ^¬ nen Erz enthaltene unerwünschte Bestandteile abgeschieden werden, die an den ferromagnetischen Partikeln anhaften, wes- halb die Reinheit der abgeschiedenen Fraktion der ferromagne- tischen Partikel unzureichend ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich ^¬ tung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Sus- pension anzugeben, die in der Lage ist, ferromagnetische Par ^¬ tikel mit hoher Reinheit abzutrennen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Mit- tel zum Erzeugen eines auf den Reaktor einwirkenden magnetischen Wanderfelds ausgebildet ist.

Die Erfindung beruht auf der Idee, dass die ferromagnetischen Partikel durch das extern erzeugte und auf die Suspension einwirkende magnetische Wanderfeld konzentriert und somit mit höherer Reinheit abgeschieden werden können. Das magnetische Wanderfeld bewegt sich dabei im Wesentlichen in Längsrichtung des Reaktors vom Einlass zum Auslass, an dieser Stelle werden die ferromagnetischen Partikel von der Suspension abgeschie- den. Der Verlauf des Wanderfelds bzw. der Verlauf der magne ^¬ tischen Feldstärke entspricht dabei einer Sinusfunktion, wo ^¬ bei die Feldstärke sich zwischen einem niedrigen Wert und einem hohen Wert ändert und der Übergang kontinuierlich erfolgt .

In den Zeitabschnitten, in denen eine hohe magnetische Feld- stärke des Wanderfelds vorliegt, werden die ferromagnetischen Partikel im Inneren des Reaktors radial nach außen bewegt, sodass sie sich allmählich an der Innenwand des Reaktors an ^¬ sammeln. Im Bereich des Auslasses des Reaktors können die ferromagnetischen Partikel anschließend abgeschieden werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass in dem rohrförmigen Reaktor ein vorzugsweise zylindrischer Verdrängerkörper angeordnet ist. Der Verdrängerkörper bewirkt, dass die Suspension in dem Reaktor durch einen Ringspalt geführt wird. Bei dieser Ausgestaltung des

Innenraums des Reaktors kann das magnetische Wanderfeld prak ^¬ tisch auf die gesamte Suspension einwirken.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass am Auslass eine vorzugsweise ringförmige Blende zum Separieren von magneti ^¬ schen und unmagnetischen Bestandteilen der Suspension angeordnet ist. Durch das magnetische Wanderfeld schwankt die Konzentration der am Auslass vorbeiströmenden ferromagnetischen Partikel. Es ist daher vorteilhaft, dass die ferromag- netischen Partikel abgeschieden werden, wenn deren Konzentration hoch ist und dass sie nicht abgeschieden werden, wenn ihre Konzentration niedrig ist. Erfindungsgemäß kann die Blende geöffnet werden, wenn die Konzentration der vorbeiströmenden ferromagnetischen Partikel hoch ist. Wenn die mo- mentane Konzentration der ferromagnetischen Partikel niedrig ist, kann die Blende geschlossen werden. In diesem Zusammenhang kann es auch vorgesehen sein, dass der Öffnungsquerschnitt der Blende steuerbar ist, um Zwischenstufen zwischen einer vollständig geöffneten oder vollständig geschlossenen Blende einzustellen.

Besonders wirkungsvoll ist es, wenn bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Öffnungsquerschnitt der Blende in Abhängig- keit der aktuellen Amplituden- oder Phasenlage des Wanderfelds steuerbar ist. Auf diese Weise kann die Steuerung der Blende an das magnetische Wanderfeld angepasst werden, so dass das Abscheiden der ferromagnetischen Partikel vorzugs- weise dann erfolgt, wenn deren Konzentration hoch ist, was mit einem entsprechend starken lokalen magnetischen Wanderfeld am Auslass einhergeht.

Im Rahmen der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass die Blende vollständig verschließbar ist. Ein vollständiges Verschließen der Blende kann sinnvoll sein, wenn der Anteil der ferromagnetischen Partikel in der momentan am Auslass vorbeiströmenden Suspension sehr gering ist. Um das Separieren der ferromagnetischen Bestandteile zu erleichtern, kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass sie ein Ventil zum Öffnen und Schließen der Blende aufweist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Ventil einen Balg zum Einstellen des Öffnungsquer- Schnitts aufweisen, der vorzugsweise elektromagnetisch oder pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ist. Mit diesem Balg kann der Ringraum bzw. der ringförmige Querschnitt im Bereich des Auslasses des Reaktors ganz oder teilweise geschlossen werden .

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Balg bei der erfin ^¬ dungsgemäßen Vorrichtung aus einem elastischen Material besteht, insbesondere kann der Balg aus einem Elastomer beste ^¬ hen. Der aus elastischem Material bestehende Balg schmiegt sich an die gebogene Kontur des Verdrängerkörpers und dichtet den Ringspalt auf diese Weise ab. Als Alternative zu der be ^¬ schriebenen einstellbaren Blende kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Saugpumpe aufweisen, deren Saugseite in den Reaktor mündet. Mit der Saugpumpe können die ferromagneti- sehen Partikel, die unter dem Einfluss des magnetischen Wanderfelds radial nach außen zur Innenwand des rohrförmigen Re ^¬ aktors bewegt werden, abgesaugt werden. Zweckmäßig ist die Saugpumpe im Bereich des Auslasses des Reaktors angeordnet. Durch den von der Saugpumpe erzeugten Unterdruck werden die ferromagnetischen Partikel aus der Suspension abgeschieden.

Es wird besonders bevorzugt, dass die Saugpumpe in Abhängig- keit der aktuellen Amplituden- und/oder Phasenlage des Wanderfelds steuerbar ist. Durch die zeitliche Koordination des Saugvorgangs durch die Saugpumpe und der Anziehung der ferro- magnetischen Partikel durch das magnetische Wanderfeld kann die Saugpumpe so gesteuert werden, dass sie die ferromagneti- sehen Partikel genau dann absaugt, wenn diese in erhöhter Konzentration an der Saugseite vorbeiströmen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Saugpumpe als Membranpumpe ausgebildet ist. Die Membranpumpe kann so gesteuert werden, dass die Pumpbewe ^¬ gung mit dem magnetischen Wanderfeld synchronisiert ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es auch vorgesehen sein, dass das Hubvolumen der Membranpumpe so gewählt ist, dass die durch das magnetische Wanderfeld diskontinuierlich zugeführten magnetischen Bestandteile im Wesentlichen abgesaugt werden. Durch diese Anpassung des Hubvolumens der Memb ^¬ ranpumpe an das magnetische Wanderfeld ergibt sich eine be ^¬ sonders gute Effizienz bei der Separation der ferromagneti- sehen Partikel.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die erfindungsge ^¬ mäße Vorrichtung eine Pumpe zum Fördern der separierten magnetischen Bestandteile aufweist, die an eine Bypassleitung angeschlossen ist. Mittels der Pumpe wird verhindert, dass sich die abgeschiedenen ferromagnetischen Partikel in einer Rohrleitung ablagern und diese verstopfen. Durch die Bypassleitung erfolgt eine kontinuierliche Förderung der abgeschie ^¬ denen ferromagnetischen Partikel. Vorzugsweise kann sich in der Bypassleitung eine Drossel befinden, wodurch die Strömung in der Bypassleitung reguliert werden kann. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellun ^¬ gen und zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge ^¬ mäßen Vorrichtung in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Ansicht; Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer geschnittenen Ansicht;

Fig. 3 eine Variante des in Fig. 2 gezeigten Ausführungs ^¬ beispiels; und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs ^¬ gemäßen Vorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst einen Reaktor 2, der rohrförmig ausgebildet ist. Über einen Einlass 3 wird dem Reaktor 2 eine Suspension zugeführt, die ferromagnetische Partikel 4 und unerwünschte Bestandteile wie Sand, Erz, usw. enthält. In der schematischen Darstellung von Fig. 1 sind beispielhaft einige ferromagnetische Partikel 4 in Kugelform dargestellt, nicht gezeigt sind hingegen die unerwünschten Bestandteile der Suspension. Die Suspension durchströmt den Reaktor 2 in Richtung des Pfeils 5. Im Zentrum des Reaktors 2 befindet sich ein zylindrischer Verdrängerkörper 6, sodass im Inneren des Reaktors 2 ein Ringspalt gebildet ist, durch den die Suspension strömt. In der Wandung des rohrförmigen Reaktors 2 befindet sich ein Wanderfeldmagnet 7, der durch eine elektrische oder elektronische Steuerung derart betreibbar ist, dass er ein magnetisches Wanderfeld erzeugt, das in Längsrichtung des Reaktors 2 bewegt wird. Das magnetische Wanderfeld führt zu einer Konzentration der ferromagnetischen Partikel 4 an der Innenwand des Reaktors 2. Während des

Durchströmens des Reaktors 2 werden die ferromagnetischen Partikel unter dem Einfluss des Magnetfelds radial nach außen bewegt. Wegen des magnetischen Wanderfelds sammeln sich die ferromagnetischen Partikel 4 jedoch nicht homogen an der Innenwand des Reaktors 2 an, vielmehr weist die vorbeiströmende Suspension Abschnitte mit einer erhöhten Konzentration der ferromagnetischen Partikel sowie Abschnitte mit verringerter Konzentration der ferromagnetischen Partikel auf.

Im Bereich eines Auslasses 8 des Reaktors 2 ist eine Blende 9 angeordnet, um ferromagnetische Partikel und nichtmagnetische Partikel voneinander zu trennen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, teilt die ringförmige Blende 9 den Ringraum zwischen der In ^¬ nenseite des Reaktors 2 und dem Verdrängerkörper 6 in zwei konzentrische Ringspalte 10, 11. In dem äußeren Ringspalt 11 ist die Konzentration der ferromagnetischen Partikel höher als in dem inneren Ringspalt 10. Die Fraktion der Suspension in dem äußeren Ringspalt 11 wird beim oder nach dem Passieren der Blende 9 abgetrennt.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich- tung zum Abscheiden ferromagnetischer Partikel aus einer Suspension, wobei für übereinstimmende Komponenten dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrich ^¬ tung 12, die in Fig. 2 geschnitten und lediglich teilweise dargestellt ist, den Reaktor 2 mit dem Wanderfeldmagnet 7 und den Verdrängerkörper 6. Im unteren Teil des Reaktors 2, im Bereich des Auslasses 8, befindet sich eine Blende 13, die den Innenraum des Reaktors 2 in einen inneren Ringspalt 10 und einen äußeren Ringspalt 11 teilt. Der Öffnungsquerschnitt des äußeren Ringspalts 11 kann mittels eines Ventils einge ^¬ stellt werden, das als Balg 14 ausgebildet ist. Der Balg 14 besteht aus einem elastischen Material, beispielsweise aus einem Elastomer, und ist zwischen einer geschlossenen Stellung 15 und einer geöffneten Stellung 16, die gestrichelt ge- zeichnet ist, bewegbar. In der geschlossenen Stellung 15 wird das Durchströmen des äußeren Ringspalts 11 unterbunden, in der geöffneten Stellung 16 kann die Fraktion der Suspension mit einem hohen Anteil an ferromagnetischen Partikeln 4 den äußeren Ringspalt 11 passieren und über eine Rohrleitung 17 in Pfeilrichtung abgeführt werden.

Der Antrieb des Balgs 14 erfolgt in dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel elektromechanisch, beispielsweise durch einen von einem Elektromotor angetriebenen hin und her bewegten Stößel. Alternativ kann der Balg 14 auch pneumatisch zwischen der geschlossenen Stellung 15 und der geöffneten Stellung 16 bewegt werden. Der Balg 14 erstreckt sich in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des Reaktors 2, sodass das ferromag- netische Material 4 an der gesamten Umfangsfläche abgeschie ^¬ den werden kann. Die Vorrichtung 12 umfasst ferner eine Steuerung 18, die über nicht dargestellte elektrische Leitungen mit dem Wanderfeldmagnet 7 und dem Balg 14 verbunden ist. Durch die Steuerung 18 wird das durch den Wanderfeldmagneten 7 erzeugte magnetische Wanderfeld mit der Öffnungs- und

Schließbewegung des Balgs 14 synchronisiert. Die Synchronisa ^¬ tion erfolgt derart, dass der Balg geöffnet wird, wenn der Anteil der ferromagnetischen Partikel in der Suspension hoch ist, analog wird der Balg 14 ganz oder teilweise geschlossen, wenn der Anteil der ferromagnetischen Partikel der augenblicklich den Auslass 8 passierenden Suspension niedrig ist.

Fig. 3 zeigt eine Variante des in Fig. 2 gezeigten Ausfüh- rungsbeispiels , bei dem sich in der Rohrleitung 17 eine Pumpe 19 befindet. Die Pumpe 19 fördert die abgeschiedene Fraktion der Suspension zu einem Vorratsbehälter 20, in dem die ferro- magnetischen Partikel für weitere Verarbeitungsschritte be ^¬ reitgestellt werden. Von dem Vorratsbehälter 20 zweigt eine Bypassleitung 21 ab, über die die Fraktion der ferromagnetischen Partikel wieder in die Rohrleitung 17 gefördert wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die abgeschiedene Fraktion der ferromagnetischen Partikel permanent in Bewegung ist, wodurch eine Verstopfung der Rohrleitung 17 selbst bei längeren Stillstandszeiten verhindert wird. In der Bypassleitung 21 befindet sich eine Drossel 22, durch die der Querschnitt der Bypassleitung 21 so eingestellt wird, dass sich ein bestimmter Durchfluss ergibt. Durch die Bypassleitung 21 erfolgt auch dann ein Stofftransport in den Rohrleitungen, wenn sich der Balg 14 in der geschlossenen Stellung befindet.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich- tung 28, deren Reaktor 2 wie der in Fig. 1 gezeigte Reaktor 2 aufgebaut ist. Anders als in dem vorangehenden Ausführungs ^¬ beispiel wird die abgeschiedene Fraktion der Suspension mit ^¬ tels einer Membranpumpe 23 abgesaugt. Die Membranpumpe 23 ist in die Rohrleitung 17 integriert, sodass die abgeschiedene Fraktion der Suspension die Membranpumpe 23 durchströmt.

Durch die Bewegung einer beweglichen Membran 24 und die koordinierte Steuerung von Ventilen 25, 26 wird die Suspension in Pfeilrichtung gefördert und abgesaugt. Eine Steuerung 27, die mit dem Wanderfeldmagnet 7 und der Membranpumpe 23 verbunden ist, stellt sicher, dass die Pumpbewegung der Membranpumpe 23 und das magnetische Wanderfeld derart synchronisiert sind, dass ein Pumpenhub der Membranpumpe 23 dann erfolgt, wenn die Suspension mit dem erhöhten Anteil an ferromagnetischen Partikeln an dem äußeren Ringspalt 11 vorbeiströmt.