[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen von Teilchen unterschiedlicher
Leitfähigkeit eines in einem Fluidum vorhandenen Teilchengemenges, mit einem im Wesentlichen
aufrecht stehenden Zylinder, innerhalb dessen ein Mittel zur Erzeugung eines rotierenden,
nach außen wirkenden Magnetfeldes vorgesehen ist, wobei für längs der Außenseite des
Zylinders nach unten fließende, im Magnetfeld separierte Teilchen des in dem Fluidum
suspendierten Teilchengemenges gegeneinander versetzte Aufnahmen vorgesehen sind,
[0002] Der Einsatz von Wirbelstromabscheidern leistet schon heute in vielen Bereichen der
Rohstoffgewinnung bzw. Rohstoffrückgewinnung für die Abscheidung von Nichteisenmetallen
wertvolle Dienste. Dabei finden vor allem rotierende Magnetanordnungen Verwendung,
die in abzuscheidenden Teilchen, sofern sie aus einem geeigneten leitfähigen Material
bestehen, Wirbelströme induzieren, die gemäß der Lenz'schen Regel ein gegensinniges
Magnetfeld zur Folge haben, wobei die erzeugte repulsive Kraft auf diese Teilchen
infolge der Einflüsse der Wirbelströme und des Magnetfeldes der rotierenden Magnetanordnung,
je nach Bauart der Vorrichtung, eine radiale und eine tangentiale Kraftkomponente
aufweisen. Solche Kraftkomponenten drängen die leitfähigen Teilchen von anderen, nicht
oder weniger leitfähigen Teilchen weg.
[0003] Eines der gängigsten Verfahren ist die Förderbandmethode, bei der das Sortiergut
auf einem Förderband zu einer meist unterhalb des Endbereichs des Förderbandes gelegenen,
rotierenden Magnetanordnung transportiert wird, wobei in den geeigneten leitfähigen
Teilchen je nach Größe und Leitfähigkeit unterschiedlich stark ausgeprägte Wirbelströme
induziert werden, die durch ihr gegensinniges Magnetfeld eine repulsive Kraft auf
diese Teilchen bewirken. Durch die erzeugte repulsive Kraft erfahren diese Teilchen
eine zusätzliche Abstoßung, welche die Parabelflugbahn der vom Ende des Förderbandes
geschleuderten Nichteisenmetalle derart beeinflusst, dass die Nichteisenmetalle über
eine einstellbare Sortierkante geschleudert werden, wobei unbeeinflusste Nichtmetalle
unter dieser Sortierkante bleiben und von den Nichteisenmetallen separiert werden.
[0004] Ein Nachteil dieser Methode ist die kurze Verweildauer des Sortierguts im Wirkungsbereich
der Magnetanordnung und die daraus resultierende schlechte Sortierung der Teilchen.
Vor allem kleinere Partikel im Millimeterbereich entwickeln schwache Wirbelströme
und können aufgrund der kurzen Einflusszeit der Magnetanordnung nicht stark genug
abgelenkt werden.
[0005] Eine andere Vorrichtung ist in der
DE 3200143 A1 beschrieben. Hierbei handelt es sich um einen aufrecht stehenden Hohlzylinder, an
dessen oberen Ende ein aufrecht stehender Kegel angeordnet ist, wobei um den Kegel
eine zylinderförmige Zuführung positioniert ist, die bis zum Übergangsbereich zwischen
Kegel und Hohlzylinder reicht und einen gewissen Abstand zu letzterem aufweist, sodass
ein von oben in die Zuführung geschüttetes Gemenge aus teilweise leitenden, nichtferromagnetischen
Teilchen durch den Kegel und der Zuführung, entlang der äußeren Wand des Hohlzylinders
herum geführt wird. Innerhalb dieses Hohlzylinders sind mehrere mit Elektromagneten
bestückte, rotierende Polräder übereinander angeordnet, wobei das veränderliche Magnetfeld
der Polräder die leitenden, nichtferromagnetischen Teilchen des herabfallenden Teilchenstroms
dahingehend ablenkt, dass deren radialer Abstand zur Zylinderwand während des Separationsvorganges
größer wird und diese am unteren Ende des Hohlzylinders in einem zylindrischen, kreisförmigen
Behälter aufgefangen werden, wobei dieser getrennt zu dem Behälter für die übrigen,
unbeeinflussten Nichtmetalle des Teilchenstroms angeordnet ist.
[0006] Da der herabfallende Teilchenstrom während des Separationsvorgangs der beschriebenen
Vorrichtung nicht geführt ist, kann eine optimale Trennung des Sortierguts nicht gewährleistet
werden, wobei weiters die gesamte Vorrichtung nur in einer ausschließlich vertikalen
Position betrieben werden kann. Ebenso wird der Abstand zwischen dem Sortiergut und
dem Hohlzylinder während dem Separationsprozess für leitende, nichtferromagnetische
Teilchen größer, wobei der Einflussbereich des Magnetfelds auf die zu trennenden Teilchen
mit dem Abstand schwächer wird, was eine gegebenenfalls größere bzw. längere Bauweise
erfordert, wenn kleine Partikel im Millimeterbereich separiert werden sollen. Schlussendlich
bewirken die verwendeten Elektromagnete ein weitaus schwächeres Magnetfeld, als dies
mit modernen Permanentmagneten möglich ist, wodurch eine ausreichende Kraftwirkung
nur für größere Teilchen als in der vorliegenden Erfindung angestrebt gegeben ist.
[0007] Eine ähnliche Vorrichtung ist in der
AT 511981 A1 gezeigt, wobei bei dieser eine Magnetanordnung außerhalb eines Zylinders angeordnet
ist und hierbei ebenfalls der Abstand zwischen dem Sortiergut und der Magnetanordnung
während des Separationsvorganges größer wird.
[0008] Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile
und anderer Einschränkungen des Standes der Technik eine Vorrichtung bereitzustellen,
die gewährleistet, dass das Sortiergut über den gesamten Separationsvorgang in nahezu
gleichbleibenden und möglichst geringen Abstand zu Magneten geführt werden kann.
[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass außerhalb der inneren Zylinderwand
sich längs dieser erstreckende Kanäle vorgesehen sind, welche je an ihrem oberen Ende
eine Zuflussöffnung für das im Fluidum suspendierte Teilchengemenge aufweisen und
stromab, im Einflussbereich des rotierenden Magnetfeldes, jeder Kanal in zwei Abflusskanäle
aufgespalten ist, welche gegeneinander in Umfangsrichtung versetzte Eintrittsbereiche
für voneinander separierte unterschiedliche Teilchen und Abflussöffnungen für diese
Teilchen aufweisen.
[0010] Es ist von Vorteil, wenn das Mittel zur Erzeugung eines rotierenden, nach außen wirkenden
Magnetfeldes eine rotierende Magnetanordnung ist, wobei es zweckmäßig ist, wenn die
Magnetanordnung zumindest einen aus aneinandergereihten Permanentmagneten bestehenden
Magnetring aufweist und zwei oder mehr übereinander liegende Magnetringe vorgesehen
sind.
[0011] Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist der zumindest eine Magnetring
Permanentmagnete in einer Halbachkonfiguration mit nach außen gerichteten Feldlinien
auf.
[0012] Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Mittel zur Erzeugung eines rotierenden, nach
außen wirkenden Magnetfeldes eine Spulenanordnung zur Erzeugung eines Drehfeldes ist.
[0013] Vorteilhaft ist es, wenn die Kanäle zwischen der inneren Zylinderwand und einer diese
konzentrisch umgebenden Begrenzungswand mit dazwischen liegenden Trennstegen ausgebildet
sind und die aufgespaltenen Abflusskanäle zwischen der inneren Zylinderwand und der
umgebenden Begrenzungswand parallel verlaufen.
[0014] Beispielsweise kann je ein Begrenzungssteg über einen Übergangsabschnitt in einen
in Umfangsrichtung des Zylinders und im Drehsinn des Magnetfeldes versetzten Abschnitt
übergehen, der zusammen mit einem von dem Übergangsbereich nach unten verlaufenden
Trennsteg und den Zylinderwänden den ersten Abflusskanal bildet.
[0015] Vorzugsweise kann der Innenraum des Zylinders gegen die äußere Umgebung abgedichtet
sein.
[0016] Durch die Bauweise der Kanäle kann das Sortiergut über den gesamten Separationsvorgang
nahe am Magneten geführt werden, was in einer kleineren Bauweise der Vorrichtung resultiert,
bei gleich bleibender Effektivität im Vergleich zu anderen Vorrichtungen des Stands
der Technik.
[0017] Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Halbbachkonfiguration der Permanentmagnete mit eingezeichneten
Nord- Südpolverlauf und
Fig. 3 eine Seitenansicht mehrerer Magnetringe.
[0018] Fig.1 ist ein Zylinder
1 zu entnehmen, bei welchem außerhalb einer inneren Zylinderwand
1a Kanäle
2 angeordnet sind, wobei in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung nur ein Kanal
2 vollständig abgebildet ist und andere lediglich durch ihre jeweilige Zuflussöffnung
3 angedeutet sind. Die Anzahl der Kanäle 2 kann je nach Bedarf und Größe der Bauform
varüeren. Die Kanäle 2 sind durch Begrenzungsstege
4, die zwischen der inneren Zylinderwand 1a und einer äußeren Zylinderwand
1b angeordnet sind, in Umfangsrichtung begrenzt, und in radialer Richtung durch die
innere bzw. äußere Zylinderwand 1a,1b. Die Kanäle 2 verlaufen im Wesentlichen parallel
zur Erzeugenden des Zylinders bzw. zu dessen Achse
a.
[0019] In einer beispielsweise realisierten Ausführungsform kann die innere Zylinderwand
1a einen Durchmesser von 10 cm bis 15 cm besitzen, wobei die innere Zylinderwand 1a
und die äußere Zylinderwand 1b einen Abstand von 0,5 cm bis 1 cm aufweisen sollte.
[0020] Im Allgemeinen wird eine nicht gezeigte gemeinsame Zuführung oberhalb der Zuflussöffnungen
3 der Kanäle 2 vorgesehen sein, um ein Teilchengemenge aus Nichteisenmetallen und
Nichtmetallen, welches vorzugsweise in einem Fluidum suspendiert ist, zentral in die
einzelnen Kanäle 2 zu verteilen. Ein geeignetes Fluidum wird in vielen Fällen Wasser
sein, wobei Öle bzw. Luft oder andere Gase ebenfalls Verwendung finden können.
[0021] Innerhalb des Zylinders 1 ist eine Magnetanordnung
5 vorgesehen, die ringförmig ausgestaltet ist, wobei diese um die Achse a rotieren
kann und aus aneinandergereihten Permanentmagneten
6 besteht, die in der gezeigten Ausführungsform in einer Halbachkonfiguration angeordnet
sind, bei welcher die Magnetisierungsrichtung der verwendeten Permanentmagnete 6 gegeneinander
jeweils um 90° in Richtung der Drehachse a gekippt ist, wie in
Fig. 2 dargestellt, wobei dadurch die Feldlinien auf der der inneren Zylinderwand 1a zugewandten
Seite enger zusammen gerückt werden, und dementsprechend eine Erhöhung der magnetischen
Flussdichte bewirkt wird. Innerhalb der kreisförmigen Magnetanordnung 5 liegen die
Feldlinien weniger eng, sodass das magnetische Feld abgeschwächt wird bzw. völlig
verschwindet. Die Permanentmagnete 6 sind auf einer Trägerscheibe
7, beispielsweise aus Aluminium, angebracht und in möglichst geringem Abstand von der
inneren Zylinderwand 1a angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt, nämlich ohne bei Rotation
mit der inneren Zylinderwand 1a in Berührung zu gelangen.
[0022] Je nach Bedarf können auch mehrere Magnetringe
5-1, 5-2, 5-3 übereinander angeordnet werden, wie in
Fig. 3 für drei Magnetringe dargestellt ist, wobei diese mittels einer an einem Motor
M angebrachten Welle
8, welche deckungsgleich zur Achse a der Magnetringe 5-1, 5-2, 5-3 und innerhalb des
Zylinders in der Position der Zylinderachse angeordnet ist, zur Rotation gebracht
werden. In einer Ausführungsform kann die Drehzahl der Magnetringe 5-1, 5-2, 5-3 beispielsweise
8000 Umdrehungen pro Minute betragen, wobei die Drehzahl je nach Bedarf und Größe
der Bauform bzw. den Eigenschaften des zu trennenden Gemenges und des Fluidums angepasst
werden kann.
[0023] Das nach außen wirkende, rotierende Magnetfeld kann alternativ durch eine feststehende
Spulenanordnung zur Erzeugung eines Drehfeldes realisiert werden, wobei auch ferromagnetische
Kerne mit Polschuhen und eine elektronisch gesteuerte Speisung der Spulenanordnung
vorgesehen sein kann.
[0024] Im Einflussbereich des rotierenden Magnetfeldes spaltet sich jeder Kanal 2 in einen
ersten und zweiten stromab gelegenen Abflusskanal
9a, 9b auf, wobei diese Abflusskanäle 9a, 9b gegeneinander in Umfangsrichtung versetzte
Eintrittsbereiche
10a, 10b für die voneinander separierten unterschiedlichen Teilchen und Abflussöffnungen
11a, 11b für diese Teilchen aufweisen.
[0025] In der gezeigten Ausführungsform geht je ein Begrenzungssteg 4 über einen Übergangsabschnitt
4ü in einen in Umfangsrichtung des Zylinders versetzten Abschnitt
4v über, der zusammen mit einem von dem Übergangsbereich
11 nach unten verlaufenden Trennsteg
12 und den Zylinderwänden 1a, 1b den ersten Abflusskanal 9a bildet, wobei dieser in
Richtung der Drehrichtung der Magnetanordnung 5 bzw. im Drehsinn des Magnetfeldes
(13) angeordnet ist, und der anfängliche Kanal 2 seinen ursprünglichen Verlauf beibehält
und der zweite Abflusskanal 9b im Wesentlichen eine Verlängerung des anfänglichen
Kanals 2 darstellt.
[0026] Der Übergangsbereich 11 ist auf Höhe der Magnetanordnung 5 angeordnet und erstreckt
sich zumindest über die Höhe dieser, sodass stromab des Kanals 2 geführte, im Fluidum
suspendierte Nichteisenmetalle vom Anfangsbereich des Übergangbereichs 11 bis zur
oberen Kante des Trennsteges 12, aufgrund der durch die vom rotierenden Magnetfeld
induzierten Wirbelströme erzeugte repulsive Kraft auf diese in Richtung der Drehrichtung
der Magnetanordnung 5 bzw. in Richtung der Eintrittsöffnung 10a des ersten Abflusskanals
9a abgelenkt werden, wobei Nichtmetalle des suspendierten Teilchengemenges vom Magnetfeld
unbeeinflusst den Kanal 2 bzw. den zweiten Abflusskanal 9b weiter stromab folgen.
[0027] Es ist von Vorteil, wenn der Übergangsbereich 4ü in seiner Ausführung (Höhe und Position
relativ zu den Magnetringen), sowie die Kanalbreiten 9a, 9b und deren Verhältnis,
und die exakte Position des Trennsteges 12 an die Beschaffenheit des Trenngutes angepasst
werden können.
[0028] Wie bereits erwähnt, kann das verwendete Fluidum in dem das Teilchengemenge suspendiert
wird Luft bzw. Wasser sein, sowie jedes andere gasförmige oder diamagnetische Trägermedium.
Die Erfindung kann, im Gegensatz zu den in der
DE 3200143 A1 und der
AT 511981 A1 beschriebenen Vorrichtungen, nicht nur vertikal, sondern unter beliebigen Kippwinkeln
zur Horizontalen betrieben werden. Falls ein flüssiges Fluidum verwendet wird, ist
zusätzlich zur vertikalen und geneigten Ausrichtung ein horizontaler Betrieb möglich,
wobei ein zusätzlicher Vorteil durch die allgemein höhere Viskosität von Flüssigkeiten
gegenüber Luft gegeben ist, da sich die darin suspendierten Nichteisenmetalle länger
im Wirkungsbereich des Magnetfelds aufhalten können, und dadurch eine kompaktere Bauweise
begünstigt wird. Ebenso können in einem flüssigen Fluidum suspendierte Teilchen im
Submillimeterbereich separiert werden, da deren induzierte Wirbelströme schwächer
ausgeprägt sind, und infolgedessen die entwickelte repulsive Kraft auf diese Teilchen
geringer ausfällt, und eine längere Verweildauer dieser Teilchen im Wirkungsbereich
der Magnetanordnung 5 eine optimale Separation begünstigt.
[0029] Am Ende des ersten Abflusskanals 9a befindet sich die Abflussöffnung 11a für die
separierten Nichteisenmetalle, wobei die vom Magnetfeld unbeeinflussten Nichtmetalle
durch die Abflussöffnung 11b am Ende des zweiten Abflusskanals 9b abgeschieden werden.
Die Abflussöffnungen 11a, 11b münden in ein jeweiliges, nicht dargestelltes Auffangbecken,
aus dem die Nichteisenmetalle bzw. Nichtmetalle entnommen werden können.
[0030] Weiters kann die Vorrichtung als Ganzes in ein flüssiges Fluidum, vorzugsweise Wasser
getaucht, sowohl vertikal, unter beliebigen Kippwinkeln, als auch horizontal betrieben
werden, wobei zumindest im horizontalen Betrieb ein Fluidstrom entlang der Kanäle
2 vorhanden sein muss. Ebenso ist es dabei zweckmäßig, wenn die Magnetanordnung 5
innerhalb des Zylinders 1 fluiddicht von der Umgebung abgetrennt ist. Der Innenraum
des Zylinders 1 kann dabei mit Luft oder einem Gas gefüllt sein, wobei, falls hohe
Drehzahlen der Magnetanordnung 5 erwünscht sind, auch ein reduzierter Luftdruck, typischer
Weise in der Größenordnung einiger Millibar, in Frage kommt, um die Reibungsverluste
zu reduzieren. Für einen entsprechenden Antrieb, sowie dessen Kühlung ist in diesem
Anwendungsfall zu sorgen. Anwendung hierfür wäre zum Beispiel die Separation kleinster
Goldteilchen aus Flusssand, wobei hierbei die Vorrichtung in Wasser eingetaucht wird
und von oben im vertikalen Betrieb bzw. in Richtung des Flussstroms bei horizontalem
Betrieb mit Flusssand befüllt wird. Dabei können die Goldteilchen wie oben beschrieben
in den ersten Abflusskanal 9a separiert und durch die zugehörige Abflussöffnung 11a
aufgefangen werden, wobei der übrige Flusssand über die Abflussöffnung 11b des zweiten
Abflusskanals 9b wieder zu Boden fällt.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0031]
- 1.....
- Zylinder
- 1a....
- innere Zylinderwand
- 1b....
- äußere Zylinderwand
- 2.....
- Kanal
- 3.....
- Zuflussöffnung
- 4.....
- Begrenzungssteg
- 4ü...
- Übergangsabschnitt
- 4v...
- in Umlaufrichtung versetzter Abschnitt
- 5.....
- Magnetanordnung
- 5-1, 5-2, 5-3.....
- Magnetringe
- 6.....
- Permanentmagnet
- 7.....
- Trägerscheibe
- 8......
- Welle
- 9a....
- erster Abflusskanal
- 9b....
- zweiter Abflusskanal
- 10a..
- Eintrittsbereich des ersten Abflusskanals
- 10b..
- Eintrittsbereich des zweiten Abflusskanals
- 11....
- Übergangsbereich der Abflusskanäle
- 11a..
- Abflussöffnung des ersten Abflusskanals
- 1b..
- Abflussöffnung des zweiten Abflusskanals
- 12....
- Trennsteg
- 13....
- Drehsinn des Magnetfeldes
- M....
- Motor
- a.....
- Achse
1. Vorrichtung zum Trennen von Teilchen unterschiedlicher Leitfähigkeit eines in einem
Fluidum vorhandenen Teilchengemenges, mit einem im Wesentlichen aufrecht stehenden
Zylinder (1), innerhalb dessen ein Mittel (5) zur Erzeugung eines rotierenden, nach
außen wirkenden Magnetfeldes vorgesehen ist, wobei für längs der Außenseite des Zylinders
(1) nach unten fließende, im Magnetfeld separierte Teilchen des in dem Fluidum suspendierten
Teilchengemenges gegeneinander versetzte Aufnahmen (9a, 9b) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
außerhalb der inneren Zylinderwand (1a) sich längs dieser erstreckende Kanäle (2)
vorgesehen sind, welche je an ihrem oberen Ende eine Zuflussöffnung (3) für das im
Fluidum suspendierte Teilchengemenge aufweisen und stromab, im Einflussbereich des
rotierenden Magnetfeldes jeder Kanal (2) in zwei Abflusskanäle (9a, 9b) aufgespalten
ist, welche gegeneinander in Umfangsrichtung versetzte Eintrittsbereiche (10a, 10b)
für voneinander separierte unterschiedliche Teilchen und Abflussöffnungen (11a, 11b)
für diese Teilchen aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zur Erzeugung eines rotierenden, nach außen wirkenden Magnetfeldes
eine rotierende Magnetanordnung (5) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (5) zumindest einen aus in Umfangsrichtung des Zylinders (1)
aneinandergereihten Permanentmagneten (6) bestehenden Magnetring (5-1, 5-2, 5-3) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr übereinander liegende Magnetringe (5-1, 5-2, 5-3) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Magnetring (5-1, 5-2, 5-3) Permanentmagnete (6) in einer Halbachkonfiguration
mit nach außen gerichteten Feldlinien aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zur Erzeugung eines rotierenden, nach außen wirkenden Magnetfeldes
eine Spulenanordnung zur Erzeugung eines Drehfeldes ist.
7. Vorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2) zwischen der inneren Zylinderwand (1a) und einer diese konzentrisch
umgebenden äußeren Zylinderwand (1b) mit dazwischen liegenden Begrenzungsstegen (4)
ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgespaltenen Abflusskanäle (9a, 9b) zwischen der Zylinderwand (1a) und der
umgebenden Begrenzungswand (1b) parallel verlaufen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Begrenzungssteg (4) über einen Übergangsabschnitt (4ü) in einen in Umfangsrichtung
des Zylinders und im Drehsinn des Magnetfeldes (13) versetzten Abschnitt (4v) übergeht,
der zusammen mit einem von dem Übergangsbereich nach unten verlaufenden Trennsteg
(12) und den Zylinderwänden (1a, 1b) den ersten Abflusskanal (9a) bildet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Zylinders (1) gegen die äußere Umgebung abgedichtet ist.