Способ магнитной сепарации материалов и магнитный сепаратор
Изобретение относится к магнитному разделению материалов. Способ магнитной сепарации материалов включает подачу сепарируемого материала к ферромагнитным телам и дальнейшее перемещение материала вдоль них в магнитном поле, градиент которого перпендикулярен вектору скорости потока материала, разделение материала на магнитную и немагнитную фракции, отделение немагнитной фракции материала. Создают высокоградиентное поперечное магнитное поле в кольцевом канале, по которому перемещается материал. За счет возмущения магнитного поля вблизи фильтрующих элементов обеспечивают процесс магнитного фореза слабомагнитных частиц размерами менее 100 мкм. Все дисперсные частицы, находящиеся на одинаковом расстоянии от фильтрующих элементов относительно оси движения сепарируемого потока материала, попадают в квазиоднородное возмущенное магнитное поле одинаковой напряженности Н. Фильтрующие элементы представляют собой спираль из тонкого круглого прутка, например проволоки из магнитомягкого ферромагнитного материала, намотанной спирально на внешнюю поверхность внутреннего корпуса магнитного сепаратора с заглублением в поверхность заподлицо, при их намагничивании внешним магнитным полем напряженностью Н0. Расстояние между витками проволоки равно 3-5 ее диаметрам, что обеспечивает незначительное влияние на возмущенные поля друг друга. Магнитный сепаратор включает загрузочный канал и разгрузочный канал для магнитной и немагнитной фракций, рабочий орган, внутри которого расположена магнитная система из постоянных магнитов с чередующейся полярностью. Рабочий орган представляет собой внутренний и внешний корпусы, выполненные из немагнитного материала, с двумя магнитными системами из постоянных магнитов, разделитель для разделения потоков материала на магнитную и немагнитную фракции. Фильтрующий элемент спиральной формы представляет собой намотанную на внешнюю поверхность внутреннего корпуса тонкую проволоку из магнитомягкого ферромагнитного материала с шагом 3-5 диаметров проволоки с заглублением заподлицо с поверхностью фильтрующего элемента. Магнитная система в кольцевом зазоре между корпусами создает вдоль оси потока радиальное внешнее псевдооднородное магнитное поле напряженностью Н0. Технический результат заключается в повышении эффективности сепарации. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области магнитного отделения твердых материалов от текучей среды, а именно к магнитным сепараторам с цилиндрическим устройством перемещения материала и неподвижными магнитами, и может быть применено при тонком разделении суспензий и взвесей.
Из уровня техники известен магнитный сепаратор, патент RU на изобретение №2263547, включающий не менее двух удлиненных ферромагнитных тела, установленных с зазором, в котором установлена продольная тонкостенная магнитная оболочка, которая формирует поперечный профиль потока материала, и источник магнитного поля.
Известен универсальный магнитный сепаратор, патент RU 2255812, в котором магнитная система выполнена из трех слоев вращающихся постоянных магнитов различной геометрической формы.
Недостатком описанных способа и устройств является низкая эффективность при тонком разделении суспензий и взвесей на основе мелкодисперсных частиц.
Из патента RU 2263547, кл. B03C 1/00, опубл. 10.11.2005, бюл.31, известен способ магнитной сепарации материалов, включающий подачу сепарируемого материала к ферромагнитным телам и дальнейшее перемещение материала вдоль них в магнитном поле, градиент которого действует против силы тяжести, разделение материала на магнитную и немагнитную фракции, выпадение немагнитной фракции материала вниз под силой тяжести.
Известен магнитный сепаратор из описания изобретения к патенту РФ №2245194 С2, кл. В03С 1/14, опубл. 27.01.2005, бюл.№3, включающий питатель, загрузочный и разгрузочный каналы под магнитный и немагнитный продукты, рабочий орган в виде немагнитного барабана, внутри которого расположена магнитная система из основных и дополнительных постоянных магнитов с чередующейся полярностью, при этом дополнительные магниты размещены между основными постоянными магнитами, установленными над разгрузочными каналами под немагнитный продукт, а основные постоянные магниты над загрузочным каналом имеют интегрально цельную монополярную поверхность, выполненную с перекрытием загрузочного канала.
В результате анализа известных магнитных сепараторов и способа магнитного сепарирования установлено, что улучшение основных показателей сепараторов в части повышения степени разделения дисперсных частиц достигается в них путем изменения величины напряженности и увеличения глубины проникновения магнитного поля в рабочей зоне сепаратора, однако такое распределение параметров магнитного поля не обеспечивает оптимального режима и требуемой эффективности разделения магнитных и особенно слабомагнитных продуктов.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности сепарации мелкодисперсных слабомагнитных частиц, в том числе парамагнитных и диамагнитных, за счет усовершенствования процесса магнитного сепарирования и устройства магнитного сепаратора за счет увеличения градиента магнитного поля, поперечного движению сепарируемой среды.
Технический результат изобретения достигается тем, что в способе магнитной сепарации материалов, включающем подачу сепарируемого материала к ферромагнитным телам и дальнейшее перемещение материала вдоль них в магнитном поле, градиент которого перпендикулярен вектору скорости потока материала, разделение материала на магнитную и немагнитную фракции, отделение немагнитной фракции материала, в отличие от прототипа создают высокоградиентное поперечное магнитное поле в кольцевом канале, по которому перемещается материал, за счет возмущения магнитного поля вблизи фильтрующих элементов обеспечивают процесс магнитного фореза слабомагнитных частиц размерами менее 100 мкм, при этом все дисперсные частицы, находящиеся на одинаковом расстоянии от фильтрующих элементов относительно оси движения сепарируемого потока материала, попадают в квазиоднородное возмущенное магнитное поле одинаковой напряженности Н, где фильтрующие элементы представляют собой спираль из тонкого круглого прутка, например проволоки из магнитомягкого ферромагнитного материала, намотанной спирально на внешнюю поверхность внутреннего корпуса магнитного сепаратора с заглублением заподлицо с поверхностью, при их намагничивании внешним магнитным полем напряженностью Н0, при этом расстояние между витками проволоки равно 3-5 ее диаметрам, что обеспечивает незначительное влияние на возмущенные поля друг друга.
Заявляемый способ реализуется в магнитном сепараторе, включающем загрузочный и разгрузочный каналы под магнитный и немагнитный продукты, рабочий орган, внутри которого расположена магнитная система из постоянных магнитов, рабочий орган представляет собой внутренний и внешний корпусы, выполненные из немагнитного материала, с двумя магнитными системами из постоянных магнитов, представляющие собой интегрально цельные монополярные поверхности, разделитель для разделения потоков материала на магнитную и немагнитную фракции, фильтрующий элемент спиральной формы, представляющий собой намотанную на внешнюю поверхность внутреннего корпуса тонкую проволоку из магнитомягкого ферромагнитного материала с шагом 3-5 диаметров проволоки с заглублением заподлицо с внешней поверхностью внутреннего корпуса, при этом магнитные системы создают в кольцевом зазоре между корпусами вдоль оси потока радиальное внешнее псевдооднородное магнитное поле напряженностью Н0.
На фиг.1 представлена схема магнитного сепаратора, на фиг.2 - то же, продольное сечение кольцевого канала сепарирования частиц суспензий и взвесей материала.
Сепаратор (фиг.1, 2) состоит из внутреннего 1 и внешнего корпусов 2, выполненных из немагнитного материала, магнитных систем 3 и разделителя 4, загрузочного канала 5 и разгрузочных каналов I, II. На внешней поверхности корпуса 1 намотана тонкая проволока с шагом, равным 3-5 ее диаметрам. Проволока из магнитомягкого ферромагнитного материала со спиральной намоткой и заглублением заподлицо с внешней поверхностью корпуса 1 является фильтрующим элементом (ФЭ) 6, фиг.2. В кольцевом зазоре между корпусами 1,2 магнитные системы создают вдоль оси потока радиальное внешнее псевдооднородное магнитное поле напряженностью Н0.
Магнитный сепаратор работает следующим образом.
Сепарируемый материал через загрузочный канал 5 поступает в кольцевой канал между корпусами 1 и 2, в котором происходит проточное сепарирование с отделением слабомагнитных и магнитных частиц от дисперсионной жидкой или газообразной сред, а также разделение слабомагнитных частиц на парамагнитные и диамагнитные за счет магнитного фореза в поперечном возмущенном неоднородном магнитном поле. Схема процесса показана на фиг.2.
Материал, содержащий однородную магнитную дисперсную фракцию, выходит по разгрузочному каналу I, а очищенная немагнитная дисперсионная фракция - по разгрузочному каналу II. Разделение на указанные фракции происходит с помощью разделителя 4.
Схема проточного сепарирования (фиг.2) частиц суспензий и взвесей в продольном сечении кольцевого канала между корпусами 1 и 2 магнитного сепаратора:
νmax - максимальная скорость потока материала; ν1 - осевая скорость дисперсной частицы в потоке; νМ - форетическая скорость дисперсной частицы, т.е. скорость седиментации частицы, приобретаемая под действием градиента возмущенного магнитного поля; r - расстояние произвольной частицы от ФЭ (6); r0 - радиус проволоки ФЭ (6); H0- напряженность внешнего магнитного поля в кольцевом зазоре канала, создаваемая постоянными магнитами; Δx - расстояние между соседними ФЭ (6); Δy - расстояние от оси ФЭ (6) до наружной поверхности корпуса 1; L - длина кольцевого канала; Lпр - общая (приведенная) длина сепаратора, равная 
a - ширина зазора кольцевого канала; в, в1 - ширина зазоров разгрузочных каналов разделителя (b1 может отсутствовать); hср - средняя толщина слоя ферромагнитного осадка дисперсных частиц (слабомагнитные частицы уносятся потоком).
1. Способ магнитной сепарации материалов, включающий подачу сепарируемого материала к ферромагнитным телам и дальнейшее перемещение материала вдоль них в магнитном поле, градиент которого перпендикулярен вектору скорости потока материала, разделение материала на магнитную и немагнитную фракции, отделение немагнитной фракции материала, отличающийся тем, что создают высокоградиентное поперечное магнитное поле в кольцевом канале, по которому перемещается материал, за счет возмущения магнитного поля вблизи фильтрующих элементов обеспечивают процесс магнитного фореза слабомагнитных частиц размерами менее 100 мкм, при этом все дисперсные частицы, находящиеся на одинаковом расстоянии от фильтрующих элементов относительно оси движения сепарируемого потока материала, попадают в квазиоднородное возмущенное магнитное поле одинаковой напряженности Н, где фильтрующие элементы представляют собой спираль из тонкого круглого прутка, например проволоки из магнитомягкого ферромагнитного материала, намотанной спирально на внешнюю поверхность внутреннего корпуса магнитного сепаратора с заглублением в поверхность заподлицо, при их намагничивании внешним магнитным полем напряженностью Но, при этом расстояние между витками проволоки равно 3-5 ее диаметрам, что обеспечивает незначительное влияние на возмущенные поля друг друга.
2. Магнитный сепаратор, включающий загрузочный канал и разгрузочный канал для магнитной и немагнитной фракций, рабочий орган, внутри которого расположена магнитная система из постоянных магнитов с чередующейся полярностью, отличающийся тем, что рабочий орган представляет собой внутренний и внешний корпусы, выполненные из немагнитного материала, с двумя магнитными системами из постоянных магнитов, разделитель для разделения потоков материала на магнитную и немагнитную фракции, фильтрующий элемент спиральной формы, представляющий собой намотанную на внешнюю поверхность внутреннего корпуса тонкую проволоку из магнитомягкого ферромагнитного материала с шагом 3-5 диаметров проволоки с заглублением заподлицо с поверхностью фильтрующего элемента, при этом магнитная система в кольцевом зазоре между корпусами создает вдоль оси потока радиальное внешнее псевдооднородное магнитное поле напряженностью Но.
