Vorrichtung zum Abscheiden von ferromagnetischen Partikeln aus einer Suspension

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden ferro- magnetischer Partikel aus einer Suspension nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Es gibt eine Vielzahl von technischen Aufgabenstellungen, in denen ferromagnetische Partikel aus einer Suspension sepa ^¬ riert werden sollen. Ein wichtiger Bereich, in dem diese Aufgabe auftritt, liegt in der Separation von ferromagnetischen Wertstoffpartikeln aus einer Suspension mit gemahlenem Erz. Hierbei handelt es sich nicht nur um Eisenpartikel, die aus einem Erz separiert werden sollen, sondern es können auch andere Wertstoffe, wie z. B. kupferhaltige Partikel, die an sich nicht ferromagnetisch sind, mit ferromagnetischen Partikeln, beispielsweise Magnetit, chemisch gekoppelt werden, und so selektiv aus der Suspension mit dem Gesamterz getrennt werden. Unter Erz wird hierbei ein Gesteinsrohstoff verstan ^¬ den, der Wertstoffpartikel, insbesondere Metallverbindungen, enthält, die in einem weiteren Reduktionsverfahren zu Metallen reduziert werden.

Magnetabscheideverfahren oder Magnetseparationsverfahren dienen dazu, selektiv ferromagnetische Partikel aus der Suspen ^¬ sion herauszuziehen und diese abzuscheiden. Dabei hat sich eine Bauform von Magnetseparationsanlagen als zweckdienlich herauskristallisiert, die einen rohrförmigen Reaktor umfasst, an dem Spulen derart angeordnet sind, dass an einer Reaktorinnenwand ein Magnetfeld erzeugt wird, an dem sich die ferro- magnetischen Partikel ansammeln und die von dort in einer geeigneten Art und Weise abtransportiert werden. Ferner umfas- sen moderne Ausgestaltungsformen derartiger rohrförmiger Reaktoren in ihrem Inneren einen so genannten Verdrängungskörper, der dazu dient, die Breite eines Trennkanals an die Ein ^¬ dringtiefe des Magnetfeldes in die Suspension anzupassen, so dass das durchströmte Volumen möglichst stark vom erzeugten Magnetfeld durchdrungen wird und die in der Suspension vorhandenen ferromagnetischen Partikel möglichst gut von dem Magnetfeld erfasst werden.

Die Anwendung eines Verdrängungskörpers ist an sich ein ge ^¬ eignetes Mittel, um die Durchdringung der den Reaktor durchströmenden Suspension mit dem Magnetfeld zu verbessern, was sich bereits positiv auf die gesamte Abscheiderate an ferro- magnetischen Partikeln auswirkt. Dennoch ist es notwendig, um die Wirtschaftlichkeit des Abscheideverfahrens und somit des Gesamtprozesses der Erzgewinnung zu erhöhen, die Magnetfeld ^¬ durchdringung der Suspension, die den Reaktor durchfließt, weiter zu erhöhen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, die nutzbare Eindringtiefe des Magnetfeldes in einem Magnetseparationsre ^¬ aktor gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen und somit die Abscheiderate an ferromagnetischen Partikeln zu verbessern und dabei gleichzeitig Bauraum einzusparen.

Die Lösung der Aufgabe liegt in einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden von ferromag- netischen Partikeln aus einer Suspension, also eine Magnetseparationsvorrichtung, weist einen rohrförmigen Reaktor auf, der von einer Suspension durchströmt wird. Der Reaktor um- fasst einen Einlass und einen Auslass, sowie Mittel zur Er ^¬ zeugung eines Magnetfeldes entlang einer Reaktorinnenwand. Ferner umfasst der rohrförmige Reaktor einen, im Inneren des Reaktors angeordneten Verdrängungskörper, wobei sich die Erfindung dadurch auszeichnet, dass im Verdrängungskörper ebenfalls Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes an einer Außen ^¬ wand des Verdrängungskörpers vorgesehen sind.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass hierbei ein Trennka ^¬ nal, der von der Suspension durchflössen wird, nicht nur von einer Seite von einem Magnetfeld durchdrungen wird, wie dies im Stand der Technik der Fall ist. Vielmehr wird er von zwei Seiten von zwei unterschiedlichen Magnetfeldern durchdrungen, wodurch die Eindringtiefe der Magnetfelder vergrößert wird. Der üblicherweise im Verdrängungskörper vorhandene Hohlraum 21 wird durch die Anordnung von Spulen gewinnbringend genutzt, die Abscheiderate wird bei gleicher Baugröße des Reak ^¬ tors deutlich erhöht. Ferner kann bei gleicher Baugröße der Volumendurchsatz an Suspension durch den Separationsreaktor nahezu verdoppelt werden.

Unter Suspension wird hierbei eine fließfähige Masse aus Lö ^¬ sungsmittel, insbesondere Wasser, und Feststoffen, insbesondere gemahlenes Erz, verstanden.

In einer Aus führungs form der Erfindung sind die Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes, insbesondere Spulen, derart ge ^¬ steuert, dass sich das Magnetfeld in Form eines magnetischen Wanderfeldes entlang der Reaktorinnenwand bzw. der Außenwand des Verdrängungskörpers, also den nichtmagnetischen Reaktorwänden, in Durchflussrichtung der Suspension bewegt. Hierdurch werden diese an den magnetisierten Wänden abgeschiedenen ferromagnetischen Partikel entlang des Reaktors bewegt und können im Bereich des Auslasses gezielt abgeschieden werden. Grundsätzlich kann die Wanderung des Magnetfeldes auch entgegen der Durchflussrichtung erfolgen, wobei die Partikel dann im Bereich des Einlasses abgeschieden werden.

Hierzu sind ebenfalls in einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung im Bereich des Auslasses jeweils eine bezüglich der Reaktorinnenwand und der Reaktoraußenwand des Verdrän ^¬ gungskörpers äquidistante, vorzugsweise ringförmige Blenden zum Separieren der ferromagnetischen Partikel von den unmagnetischen Bestandteilen der Suspension angeordnet. Die Blenden sind insbesondere bei einer zylinderförmigen Ausgestal ^¬ tung des Reaktors entsprechend ringförmig ausgestaltet. Hier ^¬ bei kann es zweckmäßig sein, dass die Blenden je nach Kon ^¬ zentration an ferromagnetischen Partikeln in der Suspension bezüglich der magnetisierten Oberflächen, also der Reaktorinnenwand bzw. der Außenwand des Verdrängungskörpers, verstell ^¬ bar angeordnet sind, so dass immer die optimale Konzentration an ferromagnetischen Partikeln, die durch das Wanderfeld im Bereich der Blenden transportiert wird, abgeschieden werden kann .

Zur Anordnung der Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes an einer Außenwand des Verdrängungskörpers gibt es unterschied ^¬ liche, vorteilhafte Ausgestaltungsformen. Zum einen kann der Hohlraum 21 im Verdrängungskörper so genutzt werden, um dort die entsprechenden Mittel, insbesondere Spulen, zur Erzeugung eines Magnetfeldes anzuordnen. Ferner kann es ebenfalls zweckmäßig sein, einen Kern, insbesondere einen zylinderförmigen Kern, als Kern des Verdrängungskörpers bereitzustellen, und auf dem von außen die entsprechenden Mittel in Form von Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern aufzusetzen. Gegebenenfalls müssten diese außen auf den Kern angeordneten Spulen mit einem geeigneten Material mit einer glatten Oberfläche versehen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den folgenden Figuren näher erläutert. Merkmale mit derselben Bezeichnung in unterschiedlichen Ausgestaltungsformen sind mit denselben Bezugszeichen, gegebenenfalls mit denselben Bezugszeichen und einem Strich versehen.

Dabei zeigen

Figur 1 eine dreidimensionale Schnittdarstellung durch einen

Magnetseparationsreaktor,

Figur 2 eine Schnittdarstellung durch einen zylinderförmigen

Magnetseparationsreaktor im Bereich eines Einlasses, Figur 3 eine Schnittdarstellung durch einen zylinderförmigen

Magnetseparationsreaktor im Bereich des Auslasses, Figur 4 einen Verdrängungskörper mit einem Kern und auf dem angeordnete Magnetspulen und Figur 5 einen Verdrängungskörper mit Hohlraum 21 und in dem Hohlraum 21 angeordneten Magnetspulen.

In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Magnetseparati- onsreaktors 2 in Form einer dreidimensionalen Schnittdarstellung beschrieben. Es handelt sich hierbei um einen rohrförmi- gen Reaktor 8, wobei es sich in diesem konkreten Fall bei dem Begriff rohrförmig auch um einen zylinderförmigen Reaktor 8 handelt. An diesem rohrförmigen Reaktor 8 sind Mittel 14 zur Erzeugung eines Magnetfeldes 16 angeordnet, wobei diese Mit ^¬ tel 14 in Form von Spulen 32 ausgestaltet sind. Die Spulen 32 sind derart gesteuert, dass das durch sie erzeugte Magnetfeld 16 entlang einer Reaktorinnenwand 18 in Durchströmungsrichtung 28 wandert. Das Magnetfeld 16 kann in dieser Ausgestal- tungsform als ein Wandermagnetfeld oder Wanderfeld bezeichnet werden, das durch die Pfeile 26 veranschaulicht ist.

Im Inneren des rohrförmigen Reaktors ist ein Verdrängungskörper 20 angeordnet, der in diesem Beispiel ebenfalls als zy- linderförmiger Körper zentrisch im rohrförmigen Reaktor 8 angeordnet ist. Der Verdrängungskörper 20 weist eine Außenwand 24 auf, wobei sich durch die zentrische Anordnung des Ver ^¬ drängungskörpers 20 im Reaktor 8 zwischen der Außenwand 24 des Verdrängungskörpers 20 und einer Innenwand 18 des Reak- tors (Reaktorinnenwand 18) ein ringförmiger Spalt ausbildet, der als Trennkanal 42 bezeichnet wird.

Durch den Trennkanal 42 wird eine in Figur 1 nicht darge ^¬ stellte (vgl. Figur 2 und 3) Suspension 6 durchgeleitet. Die Suspension 6 umfasst ferromagnetische Partikel, die in der

Separationsanlage 2 von der Suspension getrennt werden soll. Durch die Wirkung des Magnetfeldes 16 werden die in der Sus ^¬ pension vorhandenen ferromagnetischen Partikel 4 (vgl. Figur 2 und 3) an die Reaktorinnenwand 18 gezogen und aufgrund des wandernden Magnetfeldes 26 entlang der Reaktorinnenwand 18 in Durchströmungsrichtung 28 aus dem Reaktor hinausbefördert. Hierfür ist im Auslassbereich 12 (Auslass 12) des Reaktors 8 eine Trennblende 30 vorgesehen, durch die die ferromagneti- sehen Partikel bzw. eine Konzentration an ferromagnetischen Partikeln 4 von dem Rest der Suspension der so genannten Gangart 34 getrennt werden. Eine Besonderheit der in Figur 1 dargestellten Magnetsepara ^¬ tionsanlage 2 besteht darin, dass der Verdrängungskörper 20 ebenfalls Mittel 22 zur Erzeugung eines Magnetfeldes 16 um- fasst, die ebenfalls in Form von Spulen 32 ausgestaltet sind und die im Hohlraum 21 des Verdrängungskörpers 20 angeordnet sind. Durch diese Spulen 32 und das durch sie erzeugte Mag ^¬ netfeld 16 bzw. des Wanderfeldes 26 werden ebenfalls ferro- magnetische Partikel 4 aus der Suspension 6 herausgezogen, die sich an der Außenwand 24 des Verdrängungskörpers 20 anla ^¬ gern und durch das Wanderfeld 26 in Durchströmungsrichtung 28 in Richtung einer weiteren Blende 30' bewegt werden. Durch die zweite Blende 30' werden die Partikel 4, die an der Au ^¬ ßenwand 24 des Verdrängungskörpers 20 entlanggleiten, eben ^¬ falls von der Gangart 34 getrennt, die zwischen den beiden Blenden 30 und 30' den Trennkanal 42 verlässt.

In Figur 2 ist eine SchnittZeichnung durch eine Separationsanlage 2 gemäß Figur 1 im Bereich eines Einlasses 10 der Sus ^¬ pension 6 dargestellt. Die Suspension 6, die durch die Pfeile 6 veranschaulicht ist, die ferromagnetische Partikel 4 um- fasst, die durch die Punkte 4 veranschaulicht sind, fließt im Einlass 10 in den Trennkanal 42. Durch Spulen 32, die sowohl im rohrförmigen Reaktor 8 als Mittel 14 zur Erzeugung eines magnetischen Feldes 16 angeordnet sind als auch im Inneren des Verdrängungskörpers 20 angeordnet sind, wird ein magneti- sches Wanderfeld erzeugt. Das durch die Spulen 32 erzeugte

Magnetfeld 16 wandert als Wanderfeld 26 entlang der magneti- sierten Oberflächen (Reaktorinnenwand 18 und Außenwand 24 des Verdrängungskörpers 20) in Durchströmungsrichtung 28 der Suspension 6 in Richtung des Auslasses des Reaktors 8. Der Aus- lass 12 des Reaktors 8 ist in Figur 3 ebenfalls als Schnitt ^¬ zeichnung dargestellt. Der Trennkanal 42 wird durch die Blen ^¬ den 30 und 30', die sich jeweils in äquidistantem Abstand als ringförmige Blenden 30, 30' einerseits um die Reaktorinnen- wand 18 und andererseits um den Verdrängungskörper 20 liegen, in drei Unterkanäle geteilt. In zwei der Unterkanäle verläuft der Abfluss 36 der ferromagnetischen Partikel 4. Durch den in der Regel am breitesten ausgestalteten Unterkanal läuft die Gangart 34, also die Rest-Suspension, die von den ferromagne- tischen Partikeln 4 getrennt ist, ab.

In Abhängigkeit der Konzentration von ferromagnetischen Partikeln 4 in der Suspension 6 und vom Abscheidegrad der Parti kel 4 kann der Abstand der Blenden 30, 30' von entsprechend magnetisierten Wänden 18 und 24 variabel gesteuert werden, was durch die Pfeile 37 angedeutet ist.

In den Figuren 4 und 5 sind zwei mögliche Ausgestaltungsfor- men gegeben, wie Spulen 32 am Verdrängungskörper 20 angeordnet sein können. In Figur 4 weist der Verdrängungskörper 20 einen Kern 38 auf, der hohl oder als Vollmaterial ausgestal ^¬ tet sein kann, auf dem Spulen 32 als Mittel 22 zur Erzeugung eines Magnetfeldes 16 aufgesetzt sind oder auf diesem ange- bracht sind. Spulen 32 sind in der Regel nicht so gewickelt, dass sie übereinander gestapelt eine glatte Oberfläche erge ^¬ ben, weshalb gegebenenfalls eine Spulenbeschichtung 40 aufge ^¬ bracht werden kann, um eine glatte Außenwand 24 zu erzeugen. Die Spulenbeschichtung 40 kann beispielsweise in Form von ge- gossenem Epoxidharz ausgestaltet sein, das dann die äußere Oberfläche der Spule und die Außenwand 24 des Verdrängungs ^¬ körpers 20 bildet.

In einer anderen Ausgestaltungsform des Verdrängungskörpers 20 sind die Spulen 32 in den Hohlraum 21 des Verdrängungskör pers 20 eingebracht, liegen dort an dessen Außenwand an und erzeugen auf der Außenseite 24 des Verdrängungskörpers 20 ei Magnetfeld 16.

Durch diese Anordnungen gemäß Figur 4 und 5 wird der vorhan- dene, bisher ungenutzte Bauraum im Inneren des Verdrängungs- körpers bzw. im Inneren des Reaktors 8 mit einem zweiten Wan- derfeldmagnetspulensatz ausgerüstet. Hierdurch wird ein zwei- seitiger Einfluss auf die in der Suspension befindlichen fer- romagnetischen Partikel 4 ausgeübt. Dadurch kann die nutzbare Eindringtiefe des Magnetfeldes 16 deutlich erhöht werden, so dass bei gleicher Gesamtbaugröße der Magnetseparationsanlage 2 der Volumendurchsatz an Suspension 6 annähernd verdoppelt werden kann. Durch die bauraumbedingte konstruktive Ausfüh ^¬ rung der Spulen 32 ist dabei an der Außenwand 24 des Verdrängungskörpers 20 und an der Reaktorinnenwand 18 jeweils ein maximaler Magnetfeldgradient bestimmt, welcher direkten Einfluss auf die Eindringtiefe des Magnetfeldes in die Suspensi ^¬ on bzw. in den Trennkanal 42 hat. Diese Gradienten können unterschiedlich sein, so dass sich auch unterschiedliche Trennspalten 36 ergeben können, weshalb die Blenden 30 verstellbar bezüglich ihres Abstandes zur Wand 18' bzw. 24 ausgestaltet sind. Durch Reaktoren 8 dieser Bauart können Volumenströme der Suspension 6 von 10 m ³ /h bis zu 500 m ³ /h realisiert werden .