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 und ein Magnetfeld erzeugenden Magneten.

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 Suspensi- on 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 ei- ner 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 Trommel wird entgegengesetzt zur Fließrichtung der Suspension ge- dreht, 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, weshalb 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 Suspension 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 der Re ^¬ aktor eine Trennwand aufweist, die das Innere des Reaktors in einen ersten Raum und einen zweiten Raum trennt, wobei die

Magnete in und oder an der Trennwand angeordnet sind und die Trennwand wenigstens eine den ersten Raum mit dem zweiten Raum verbindende Öffnung aufweist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die ferro- magnetischen Partikel durch das Magnetfeld abgeschieden werden können, indem sie unter der Einwirkung des Magnetfelds von dem ersten Raum in den zweiten Raum bewegt werden. Unter dem Einfluss des Magnetfelds werden lediglich die ferromagne- tischen Partikel von ihrem Strömungsweg abgelenkt, die übri ^¬ gen unerwünschten Bestandteile der Suspension strömen unbe- einflusst durch den ersten Raum und verlassen anschließend den Reaktor. Der abzutrennende Stoff kann ein Feststoff in Form einer Suspension sein, beispielsweise Magnetit Fe ₃ Ü ₄ oder dessen Agglomerate mit einem aus dem Flüssigkeitsstrom abzutrennenden Stoff. Daneben kann es sich auch um nicht in der Flüssigkeit lösliche Flüssigkeitströpfchen handeln, die durch eine Oberflächenfunktionalisierung der magnetisierbaren Partikel an diese gebunden sind. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch Spurenstoffe entfernt werden, die in der Flüssigkeit gelöst enthalten sind. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Separationsvorgang automatisch und voll kontinuierlich durchgeführt werden. Die in oder an der Trennwand angeordneten Magnete üben eine Anziehungskraft auf die magnetisierbaren Partikel aus, sodass diese kontinuierlich zur Trennwand gezogen werden und sich dort ansammeln. Bei Erreichen der Öffnung passieren die ferromagnetischen Partikel die Öffnung, was durch ein entsprechendes Magnetfeld unterstützt wird, und werden in den zweiten Raum bewegt und von der Suspension getrennt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Magnete im Bereich der Öffnung eine größere Feldstärke als benachbarte Magnete aufweisen. Bei dieser Aus ^¬ gestaltung kommt es zur Ansammlung der ferromagnetischen Partikel im Bereich der Öffnung, von wo aus die ferromagneti- sehen Partikel separiert und abgeschieden werden können. Die Magnete können so angeordnet sein, dass deren Feldstärke von Magnet zu Magnet ansteigt, wobei die Magnete benachbart oder mit Abstand zueinander angeordnet sein können. Gemäße einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in oder an der Trennwand mehrere nebeneinander angeordnete Magnete angeordnet sind. Durch die Integration der Magnete in die Trennwand wird die Strömung nicht beeinflusst. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es bevorzugt, dass die Trennwand rohrförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die gesamte Umfangsfläche der Trennwand zum Anziehen der ferromagnetischen Partikel dienen. Die Trennwand ist dabei als Rohr ausgebildet, das in das Innere des Reaktors einge ^¬ setzt ist und den Innenraum in den ersten Raum und den zweiten Raum unterteilt. Um den Wirkungsgrad bei der Separation der ferromagnetischen Partikel weiter zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass im Inneren des Reaktors ein von der Trennwand umgebener Verdrängerkörper angeordnet ist. Der Verdrängerkörper bewirkt, dass die Suspension mit den darin enthaltenen ferromagnetischen Partikeln näher an der Trennwand vorbeiströmt, sodass die ferromagnetischen Partikel unter dem Einfluss des Magnetfelds kontinuierlich oder schrittweise in der Nähe der Trennwand angereichert werden, von wo aus sie zu einer Öffnung gelangen. Vorzugsweise ist die Form des Verdrängerkörpers an die Form des Reaktors angepasst, der Verdrängerkörper kann bei ^¬ spielsweise zylinderförmig ausgebildet sein.

Um die gewünschte Konzentration der ferromagnetischen Partikel beim Durchströmen des Reaktors zu verbessern, kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass benachbarte Magnete eine von Magnet zu Magnet ansteigende Mag ^¬ netfeldstärke aufweisen. Dementsprechend sammeln sich die ferromagnetischen Partikel von Magnet zu Magnet kontinuierlich im Bereich der Trennwand oder an der Trennwand an, so- dass an der Öffnung ein Konzentratstrom aus dem Flüssigkeitsstrom ausgetragen wird.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Öffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als ganz oder zumindest teilweise umlaufender Spalt ausgebildet ist. Der umlaufende Spalt, der senkrecht zur Strömungsrichtung verläuft, ermöglicht die Ab- scheidung der ferromagnetischen Partikel praktisch über den gesamten Umfang. Nach dem Durchströmen der Öffnung gelangen die ferromagnetischen Partikel in den zweiten Raum und können von dort abgeführt oder in einen Vorratsbehälter geleitet werden . In diesem Zusammenhang kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch vorgesehen sein, dass sie mehrere in Längsrichtung des Reaktors verteilt angeordnete Öffnungen aufweist. Die Öffnungen können somit kaskadenartig, hintereinander an- geordnet sein, sodass an jeder Öffnung ferromagnetische Par ^¬ tikel von dem ersten Raum in den zweiten Raum gelangen können. Somit ist es möglich, die ferromagnetischen Partikel mit hoher Reinheit zu separieren bzw. die Ausbeute der ferromag- netischen Partikel zu steigern.

Um die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erleichtern, kann es vorgesehen sein, dass die Magnete bei der Montage unmagnetisiert sind und anschließend individuell aufmag- netisiert werden. Die Magnete lassen sich im unmagnetisierten Zustand leicht montieren, anschließend kann jedem Magnet die gewünschte Magnetfeldstärke aufgeprägt werden. Dementspre ^¬ chend können praktisch beliebige Verläufe des Magnetfelds er ^¬ zeugt werden. Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Magnete als Elektromagnete ausgebildet sind. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Form und Größe des sich ergebenden Magnetfelds angepasst werden kann, ferner kann mittels der Elektromagnete eine Anpassung an Prozesspa- rameter erfolgen, bei den Prozessparametern kann es sich beispielsweise um die Konzentration der ferromagnetischen Partikel in der Suspension oder die Strömungsgeschwindigkeit oder den Volumenstrom handeln. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Elektromagnete mit Wech ^¬ selstrom anzuregen, dergestalt, dass sich ein wanderndes Mag ^¬ netfeld in oder auch entgegen der Fließrichtung der Suspension ergibt. Dadurch werden u. a. auch die Magneten in der Nachbarschaft der Öffnungen immer wieder kurzzeitig abgeregt, sodass die dort angesammelten magnetischen Agglomerate leichter durch die Öffnungen abgesaugt und in den zweiten Raum transportiert werden können. 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 erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ^¬ ßen Vorrichtung in einer teilweise geschnittenen Ansicht; und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer geschnittenen Ansicht.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst einen Reaktor 2, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel rohrförmig aus- gebildet ist. Über einen Einlass 3 wird dem Reaktor 2 eine

Suspension zugeführt, die ferromagnetische Partikel 4 und un ^¬ erwünschte Bestandteile wie Sand, Erz, usw. enthält. In der schematischen Darstellung von Fig. 1 sind beispielhaft ferro- magnetische Partikel 4 in Kugelform dargestellt, nicht ge- zeigt sind hingegen die unerwünschten Bestandteile der Sus ^¬ pension. Die Suspension durchströmt den Reaktor 2 in Richtung des Pfeils 5. Im Zentrum des Reaktors 2 befindet sich ein zy ^¬ lindrischer Verdrängerkörper 6, sodass im Inneren des Reaktors 2 ein Ringspalt gebildet ist, durch den die Suspension strömt.

Der Reaktor 2 weist eine Trennwand 7 auf, die das Innere des Reaktors 2 in einen ersten Raum 8 und einen zweiten Raum 9 trennt. Die Trennwand 7 ist rohrförmig ausgebildet, dement- sprechend handelt es sich bei dem ersten Raum 8 und dem zwei ^¬ ten Raum 9 um Ringspalte mit konstantem Durchmesser.

In die Trennwand 7 sind mehrere Magnete 10 mit Abstand zu ^¬ einander eingebettet. Ebenso sind mehrere Magnete 10 jeweils in Umfangsrichtung verteilt in der Trennwand 7 angeordnet. Die Magnete 10 bilden eine Matrix von axial und in Umfangs- richtung angeordneten Magneten. Die Magnete 10 sind so gewählt, dass benachbarte Magnete 10 eine in Fließrichtung der Suspension ansteigende Magnetfeldstärke aufweisen. Die Mag ^¬ netfeldstärke nimmt dabei in Längsrichtung in der Nähe von Öffnungen 11, 12 zu. Die Öffnungen 11, 12 sind als Ringspalte ausgebildet und verbinden den ersten Raum 8 mit dem zweiten Raum 9. Die im Bereich der Öffnungen 11, 12 erhöhte Magnetfeldstärke bewirkt, dass sich die ferromagnetischen Partikel in der Nähe der Öffnungen 11, 12 ansammeln und durch die Strömung von dem inneren ersten Raum 8 in den äußeren zweiten Raum 9 gelangen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der zweite Raum 9 stromabwärts der Öffnungen 11, 12 nahezu vollständig mit Partikeln 4 gefüllt, die am unteren Ende 13 des Reaktors 2 gesammelt oder für weitere Bearbeitungsschritte bereitge ^¬ stellt werden. Im Bereich der Öffnungen 11, 12 entsteht in dem ersten Raum 8 eine Sättigungsschicht, in der sich der Magnetfeldgradient mit zunehmender Schichtdicke kontinuierlich abschwächt. Die Abscheidung der ferromagnetischen Partikel kann durch eine nicht dargestellte Saugpumpe erleichtert werden, deren Saug- seite mit dem zweiten Raum 9 verbunden ist. Die Saugpumpe er ^¬ zeugt einen Unterdruck, der die ferromagnetischen Partikel aus dem zweiten Raum 9 absaugt. Der von der Pumpe erzeugte Unterdruck kann eingestellt werden, um ihn an die Strömungsgeschwindigkeit der Suspension in dem Reaktor 2 und an die Konzentration der ferromagnetischen Partikel 4 in der Suspension anzupassen. Die Abscheidung der ferromagnetischen Partikel 4 erfolgt voll kontinuierlich.

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 14, die in Fig. 2 geschnitten dargestellt ist, den Reak- tor 2 mit der Trennwand 7, in der Magnete 10 eingebettet sind. Die Trennwand 7 weist Öffnungen 11, 12 auf, die in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind und den ersten Raum 8 von dem zweiten Raum 9 trennen. Ein Verdränger- körper ist bei der Vorrichtung 14 jedoch nicht vorgesehen, sodass sich auch im Zentrum des Reaktors 2 ferromagnetische Partikel 4 befinden. Durch die Wahl von Magneten 10 mit einer bestimmten Magnetfeldstärke und einer bestimmten Richtung des Magnetfelds kann ein konstanter Volumenstrom eingestellt werden, sodass sich die ferromagnetischen Partikel 4 in der Nähe der Öffnungen 11, 12 ansammeln, die Öffnungen 11, 12 passieren und aus dem zweiten Raum 9 abgesaugt werden. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 sind die Magnete 10 als Elektromagnete ausgebildet, die mit Wechselstrom derart ange ^¬ regt werden, dass sich ein wanderndes Magnetfeld einstellt. Das wandernde Magnetfeld bewegt sich in oder alternativ auch entgegen der Fließrichtung der Suspension. Durch das wandern- de Magnetfeld werden die als Elektromagnete ausgebildeten Magnete 10 in der Nähe der Öffnungen 11, 12 immer wieder kurzzeitig abgeregt, sodass die dort angesammelten magneti ^¬ schen Agglomerate oder Partikel leichter durch die Öffnungen 11, 12 abgesaugt und in den zweiten Raum 9 transportiert wer- den.