CN103189143A - 借助于电晕放电的电子分拣 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将颗粒混合物分离成第一部分和第二部分的方法，其中第一部分的颗粒的电导率大于第二部分的电导率。本发明所基于的任务是说明一种可用来经济地分离细粒度的颗粒混合物、尤其是由光伏模块或锂离子电池构成的电子垃圾的方法。该任务通过下列步骤来解决：a）提供流体化的颗粒混合物，其包含两个具有不同电导率的颗粒部分；b）借助于至少一个被要电离的空气包围的电晕电极同向地电离空气；c）在获得同向电离的流体化的颗粒混合物的情况下将电离的空气与流体化的颗粒混合物混合；d）将由电离的流体化的颗粒混合物构成的第二部分的颗粒沉降到相对于电离的流体化的颗粒混合物运动的收集电极上，所述收集电极被接地或者所述电晕电极被相反地充电；e）取出粘附在收集电极处的颗粒作为第二部分；f）从电离的流体化的颗粒混合物的未粘附在收集电极处的颗粒中获得第一部分。

Description

借助于电晕放电的电子分拣

技术领域

本发明涉及一种用于将颗粒混合物分离成第一部分和第二部分的方法，其中第一部分的颗粒的电导率大于第二部分的电导率。

背景技术

日益加剧的资源匮乏使得从废物中回收原材料变得经济。在此，特别感兴趣的是，挑出电子设备和电子机器、即所谓的电子垃圾。电子垃圾大量积累，因为这样的产品的生命周期比较小。电子垃圾的被渴望的组分是如铜和金的电导体以及如硅和锗的半导体。这些金属可以从不导电的塑料中拣出。

由于能量转折，在未来将积累更多的由光伏模块和电化学电池构成的电子垃圾。光伏模块用于将太阳辐射转换成电能。光伏模块除了塑料以外还包含以能量密集方式制造的太阳能硅，该太阳能硅适于回收。光伏模块具有有限的寿命，因为其效率随着年龄降低。

应将电化学电池理解成能够将化学能转化成电能的装置。在此，示例是一次电池、二次电池（蓄电池）、双层电容器和燃料电池。由于电子移动性增加，尤其是可以预期更大量的由锂离子蓄电池组成的电子垃圾。锂离子蓄电池除了电导体铜、铝、石墨和炭黑以外，还包含有价值的金属——如锂、钴、锰和镍——的不导电氧化物。

为了回收电子垃圾的有价值的组分，需要尽可能分拣性的分离。这在如今是以人工方式、通过燃烧或酸处理的化学方式、或通过多样化的电子分拣方法进行的，所述电子分拣方法利用材料的不同电导率作为分离标准。

CN101623672A致力于对由光伏模块构成的垃圾进行电子分拣。对此，利用了接触充电的原理：要分离的材料被置入到板电容的两个相反地充电的板之间。例如硅的导电颗粒在与电极接触时获得其极性，并且然后被电极排斥并且在相反电极的方向上被加速。在落到相反电极上时，导电颗粒又改变其极性并且被反向加速。通过合适地布置板，可以从混合物中除去在电容器板之间被来回投掷的导电颗粒。光伏垃圾的不导电的塑料组分在此期间粘附在板处，因为在板的表面上进行电荷分离。因此，通过清理电容器板，获得不导电的部分。

在具有接触充电的设备中，对大接触面积的需求被认为是不利的（小的吞吐量或高的设备成本）。大的缺点还有由于电极污染造成的电弧击穿。

一种用于分离具有不同电导率的颗粒部分的可替代效应是电晕放电。

在此，术语“电晕放电”用在专业意义上。应将其理解成围绕处于高压下的电导体的流体的电离，其中从导体发出的电场强度不允许过大，以便不能导致火花放电或电弧。位于电晕场中的所有颗粒都在电离时与其电特性无关地被同向地（在技术设备中大多为负地）充电。颗粒的充电间接地通过空气分子进行：所述空气分子通过电晕尖峰与收集电极之间的高度不均匀的电场而首先被负电离，其方式是使自由电子和空气中自然存在的离子沿着电场线加速，并且在落到中性空气分子上时将该空气分子分解成离子。由此产生的二次离子沿着场力线进一步被加速并且从其一侧落到另外的空气分子上，并且将所述空气分子电离。在一种链式反应中，产生大量电离的空气分子。这些空气分子沿着由于颗粒的存在而变型的场力线在颗粒的方向上被加速，然后积累在位于空气中的固体颗粒处并且给其赋予负电荷。

在该情形下，发出电场线的电导体被称为电晕电极。为了优化电场线的变化曲线，将电晕电极以高度弯曲的方式实施成细线、针尖、或两者相组合类似于铁丝网。流体在此是空气－颗粒混合物。

如今，在电子分拣中使用所谓的电晕轧辊分选机。所述电晕轧辊分选机具有斜道，在所述斜道上，要分拣的材料在切线方向上滑到旋转的轧辊上。与接触点远距离地间隔开的工件在轴向上经过铁丝网状的被负电为负的电晕电极到达轧辊。该轧辊充当收集电极，其通过同时充当刮擦器的滑动接触部（碳刷）接地。在电晕电极与收集电极之间形成电场，通过该电场将分离物品从斜道向轧辊方向引导。电晕电极使切线区域中的空气分子和要分离的颗粒负电离。在落到轧辊上时，不导电的颗粒保持其电荷，而导电颗粒取得收集电极的极性。导电颗粒因此同收集电极电磁排斥，并且被收集在第一容器中。而不导电颗粒电磁地粘附在轧辊上，一并运行大致半圈，然后被碳刷刮下，并且最后被收集在第二容器中。

公知的电晕轧辊分选机仅仅有限地适用于分离由锂离子电池和光伏模块构成的电子垃圾：因此尤其是锂离子电池具有不同材料的非常密封的包装，使得这些材料的分离要求细粒度的粉末化。但是常规的电晕轧辊分选机不能处理这样细粒度的粉末：其原因是小的颗粒大小和小的颗粒重量：因此直接在轧辊的圆周上形成随着辊轧转动的空气层，该空气层拖曳所述颗粒并且因此阻碍了与收集轧辊的有效电接触。

从US3308944中公知了一种用于借助于电晕技术分离纺织纤维的设备。借助于空气鼓风机，将纤维运送经过电离线路。纤维的分选在转动的电极带上进行。该方法的缺点是，纤维可能在被运送空气冲击以前彼此收缩成团块。分离锐度由此被限制。此外该设备的缺点是，纤维借助于与收集电极正切的空气流被运送，由此——与市售的电晕轧辊分选机类似地——纤维接触被收集电极拖曳的空气层，这影响了粘附并且由此影响了分离锐度。

DE102004010177B4描述了一种用于对粉末进行组合电离和流体化的设备。对此，在流体容器中，在有孔的流体底板之上布置电晕电极。压缩空气从下面流过流体底板并且使处于流体底板上的粉末层流体化。经流体化的粉末的电离然后借助于电晕电极进行。

EP1321197B1描述了用于对转动的辊轧或运动的带进行镀层的方法和装置。对此，该轧辊或带分段地浸入静止的回旋床中，在该回旋床中，借助于电晕放电被电离的颗粒回旋并且作为涂层沉降到该带或轧辊上。未规定颗粒的分离功能。

US7626602B2同样描述了一种用于对移动的带进行镀层的装置。对此，流体流经过与其横切的电晕电极，并且沉降到要镀层的带上。但是该设备未实施分离功能。

发明内容

鉴于现有技术，本发明所基于的任务是，说明一种可用来经济地分离细粒度的颗粒混合物、尤其是由光伏模块或锂离子电池构成的电子垃圾的方法。

该任务通过根据权利要求1所述的方法来解决。

因此，本发明的主题是一种用于将颗粒混合物分离成第一部分和第二部分的方法，其中第一部分的颗粒的电导率大于第二部分的电导率，所述方法包括下列步骤：

a）提供流体化的颗粒混合物，所述颗粒混合物包含具有不同电导率的两个颗粒部分；

b）借助于至少一个被要电离的空气包围的电晕电极同向地电离空气；

c）在获得同向电离的流体化的颗粒混合物的情况下将电离的空气与流体化的颗粒混合物混合；

d）将由电离的流体化的颗粒混合物构成的第二部分的颗粒沉降到相对于电离的流体化的颗粒混合物移动的收集电极上，所述收集电极被接地或者电晕电极被相反地充电；

e）取出粘附在收集电极处的颗粒作为第二部分；

f）从电离的流体化的颗粒混合物的未粘附在收集电极处的颗粒中获得第一部分。

本发明所基于的认识是，仅当颗粒混合物在整个分离过程上都保持为流体化的，电晕放电才能有效地用于分离颗粒混合物。这意味着，颗粒混合物的流体化必须在整个过程中保持，即从提供开始、在电离期间、直到沉降在收集电极上。仅仅在提供时开始的流体化是不够的，因为颗粒直到电离为止再次经历结块的危险，这影响电离能力并由此影响分离锐度。

颗粒混合物的流体化通过给颗粒层气动地施加压缩空气进行。流体化的颗粒混合物是搅动的空气，颗粒分散、即散开在其中。这防止了颗粒的结块。通过电离流体化的颗粒混合物，该混合物被激活以进行分离。混合物的电离通过电离的空气分子进行。为此目的，将流体化的颗粒混合物与电离的空气相混合。可能的是，颗粒混合物的流体化和空气的电离分开地执行。同样可能的是，将空气直接在流体化的颗粒混合物中电离。在后一种情况下，电晕电极被流体化的颗粒混合物包围。这实现了特别有效的电离。

流体化的颗粒混合物——除了各个颗粒在搅动的空气中的运动以外——可以在宏观上看在空间上是不运动的。就此而言称为静止回旋床。但是流体化的颗粒混合物也可以在宏观上看在空间上是运动的。如果流体化的颗粒混合物基本上仅仅在其长度延伸的方向上运动，则其是流体流，该流体流在其行为方面类似于气体流。如果流体化的颗粒混合物的全部以与流体化层内的各个颗粒的速度相比明显更小的速度运动，则称为移动回旋床。不总是能够清晰地将移动回旋床和流体流划界。

流体化的同向电离的颗粒在与反向充电的收集电极接触时根据其电导率表现得不同：在与收集电极接触时，不导电的颗粒由于颗粒表面上的电荷极化而粘附在收集电极处。导电颗粒在与收集电极接触时接受其极性，并且因此从收集电极撞回到流体化的颗粒混合物中。随着时间，不导电的颗粒从流体化的混合物中富集到收集电极上，而流体化的颗粒混合物越来越多地由导电的部分构成。

根据该原理，可以实现用于有效地分离颗粒混合物的不同设备，所述设备在原理上可以按如下实施：

为了连续构造所述分离过程，需要使收集电极相对于流体化的颗粒混合物运动，以便从流体化的混合物中连续地运出不导电的部分。如果流体化的颗粒混合物充分地缺少不导电的材料，则其作为导电的部分被捕捉，并且被新鲜的混合物代替。这可以连续地通过不断取出第一部分并添加新鲜混合物来进行，或者准连续地通过顺序地交换流体化的颗粒混合物来进行。

本发明的不同实施方式的区别在于产生电离的流体化的颗粒混合物与收集电极之间的相对运动、以及在于电晕电极的构造。

混合物与收集电极之间的相对运动可以通过如下方式来实现：流体化的电离的颗粒混合物作为静态回旋床存在，并且收集电流通过流体化的电离的颗粒混合物运动；譬如作为转动的带、配备有板的链条或者作为轧辊。

通过运动学回转，获得一种解决方案，其中电离的流体化的颗粒混合物作为颗粒流相对于固定的板指向并且在该板上运动。一种折衷方案在于，使快速转动的带作为收集电极运动经过缓慢移动的回旋床。

在此，收集电极被浸入流体化的电离的颗粒混合物中，或者在交界面处接触。

电晕电极始终具有至少一个指向收集电极的方向的尖峰，以便生成收集电极方向上的高场强。电晕电极可以被实施成线、配备有尖峰的“铁丝网”或者配备有大量尖峰的板。电晕电极可以被布置为沿着或横切于流体流/移动回旋床。可以设置一个或多个电晕电极。

本发明的优选实施方式由从属权利要求得出并且在下面进一步阐述。

在一个优选的实施方式中，电离的流体化的颗粒混合物是指向运动的或不运动的收集电极的流体流。为了产生流体流，流体化的颗粒混合物在运输方向上被施加空气流动力。流体流可以指向收集电极的单个点，或者横切于流动方向地移动到收集电极上。

在另一优选实施方式中，电离在充电线路中进行，流体流被引导穿过该充电线路并且在该充电线路中电晕电极延伸得使得从充电线路出射的电离的流体流指向收集电极，从收集电极弹回的颗粒作为非第一部分被接收并且粘附在收集电极处的颗粒作为第二部分被从收集电极取下。

该实施方式的优点在于，沿着电晕电极强迫引导混合物，并且电离的颗粒混合物被“发射”到收集电极上。对此，流体化的颗粒混合物随着空气被运送通过充电线路，所述电晕电极也延伸穿过该充电线路。颗粒流因此直接沿着电晕电极流动，使得颗粒的密集的电离在颗粒流不偏离的情况下进行。从充电线路出射的射束于是尽可能正面地指向收集电极，使得颗粒以可观的脉冲撞到收集电极的表面上。粒子的脉冲因此能够使可能为干扰性的流叠加在收集电极的表面处，并且此外提高对导电颗粒的弹回作用。

在该实施方式中，颗粒的充电通过如下方式来保证：空气－颗粒混合物由于充电管的形状而不能避免电晕充电，所述颗粒由于流体化和同向充电而分开存在，并且所述颗粒由于电晕充电和空气流动而经历与相反电极的可靠接触。这三个效应一并对于颗粒混合物的分离而言是决定性的。

所述充电线路优选地是由电绝缘材料制成的管道，被实施成线的电晕电极同轴地延伸穿过该管道。所述实施方式保证了颗粒流中的颗粒的可靠电离。在该情形下，同轴是指电晕电极的尖峰指向充电线路的走向。电晕电极于是对应于充电线路内的颗粒流在电晕电极区域中的主方向矢量。

在该实施方式中，颗粒混合物在料仓中提供。该料仓被实施成流体料仓并且为此目的具有由透气材料制成的底板，压缩空气通过该底板均匀地流动到所填入的颗粒混合物中。通过这种方式，压缩空气使颗粒松弛，并且将其分散在发出的压缩空气中。这样经流体化，颗粒混合物可以如液体那样通过施加流动力被运送。流体料仓在现有技术中、如从DE 10325040B3中公知。

颗粒混合物从料仓到充电管中并且进一步到收集电极的气动运送优选这样进行，即流入的压缩空气通过逐渐变细的喷嘴被喷入混合室中，该混合室一方面与充电线路连接并且另一方面与提供颗粒混合物的料仓连接，所述压缩空气的流动截面大于喷嘴的开口截面。该方法利用伯努利/文丘里（Bernoulli/Venturi）效应，以便吸取颗粒混合物。流入的（干净的）压缩空气通过喷嘴中的截面变窄而经历导致压力下降的速度增加。该低压被用于将流体化的颗粒混合物从料仓吸入到混合室中，以便在那里与压缩空气混合成颗粒流。于是，用于对流体化的混合物施加空气流动力的运送设备基本上如射水泵那样构造。

但是文丘里喷嘴所具有的缺点是，喷嘴的截面由于腐蚀而随着时间逐渐改变，使得速度由此下降并且因此所接收的混合物量也降低。文丘里喷嘴的截面因此必须被监视。也需要少量空气的另一解决方案是所谓的致密流运送，其中借助于发送容器和压缩空气来运输粉末。在DE202004021629U1中公开了用于致密流运输的合适的泵。

在本发明的类似实施方式中，充电线路是由电绝缘材料制成的狭缝喷嘴，配备有尖峰的线形电晕电极延伸通过该电绝缘材料的截面。这样的狭缝喷嘴与圆形喷嘴相比允许更高的吞吐量。借助于文丘里喷嘴从流体料仓向狭缝喷嘴馈送混合物。

本发明的一个替代的实施方式在于，将流体流引导经过由电绝缘材料制成的狭缝喷嘴，在所述狭缝喷嘴附近布置以横切于流体流延伸的线的形式的至少一个电晕电极，使得流体流的电离在流体流从狭缝喷嘴出射时进行，从狭缝喷嘴出射的电离的流体流指向收集电极，从收集电极弹回的颗粒作为第一部分被接收，并且粘附在收集电极处的颗粒作为第二部分被从收集电极取下。在此的优点是高的吞吐量。在US7626602B2中描述了适于分离的设备。

在最简单情况下，收集电极被实施成不运动的挡板（例如平面铁片）。利用这样的收集电极，该方法被不连续地执行，挡板一直被电离的颗粒流喷溅，直到在其上形成不导电的部分的层。然后，颗粒流被中断并且粘附在挡板处，不导电的部分被取下。经清洁的挡板然后重新被喷溅颗粒流。

该方法可以通过将收集电极实施成转动带来连续地执行。（金属）带然后在拉紧端（Zugtrumm）区域中被连续喷溅颗粒流并且在松弛端（Leertrumm）区域中被将第二部分清理。

还可以设想挡板和带的连续工作的混合形式，其中多个挡板固定在转动的链条上。具有挡板的转动的链条是与带在技术上等效的替代方案。挡板优选地也可以在两侧被喷溅。

在收集电极的每个构造中重要的是，颗粒流不像在电晕轧辊分选机的情况下那样正切地落到表面上。而且在运动的收集电极中为干扰性的流动效应的负面效应也仅在颗粒在收集电极的方向上具有显著的脉冲时（这在正切入射角为180°时不是这种情况）才能被成功关闭。当收集电极的表面与颗粒混合物的流动方向之间的角度尽可能为锐角直到正交时，脉冲传输更好地进行。负的电晕电极与正的板电极之间的间隔越大，则电场（以及由此分离效应）越强。因此，从电晕电极到板电极的路程应当保持为小的。如果充电线路与收集电极成一角度，则由于颗粒所跟随的经改变的场力线而得出颗粒的不同路程长度。因此，理想的是从充电线路或喷嘴到收集电极的正交定向。但是从充电线路出射的颗粒流到充电电极的指向至少应当这样进行，即从充电线路出射的颗粒流以不等于180°的角度落到收集电极的表面上。

理想地发生充电线路或喷嘴和电晕电极到收集电极的正交定向，因为在这种情况下，电场线和颗粒流的流动路径平行。

在一个特别优选的实施方式中，电离的流体化的颗粒混合物被构造成静止回旋床。为了产生收集电极与该静止回旋床的相对运动，该收集电极被实施成旋转轧辊或转动带，其中该轧辊或该带分段地被浸入到回旋床中或者至少在回旋床的交界区域中与其接触并且在浸入区域之外将电绝缘的部分从该带或轧辊中取下。该实施方式的优点是，可以利用少的设备部件完成工业相关的高吞吐量，这与将喷嘴装置倍增相比提高了运行安全性，因为回旋床设备利用较少量的运动部分就足够了。

静止回旋床为了清理的目的而准连续地运行，也就是说，按时间中断静止回旋床的气动施加，并且在中断期间，停下的回旋床的颗粒作为第一部分被接收并且被新提供的混合物代替。通过该循环的分离和清理运行，可以处理大量的颗粒混合物。

替代于静止回旋床，可以设置移动回旋床。在这种情况下，收集电极被实施成旋转轧辊或者转动带，其中回旋床沿着轧辊或带的片段移动。该实施方式是特别有利的，因为其由于连续运行方式实现了非常大的吞吐量。

如果运送移动床的重力不够，则可能的是，在运送方向上给移动床施加附加的空气流动力。

回旋床的移动运动在此期间更简单地借助于重力来产生。为此目的，回旋床移动经过倾斜的沟槽，在所述沟槽的上端放下要分离的混合物并且在其下端接收第一部分，其中收集电极被实施成转动带，该转动带沿着片段与移动回旋床相反地或同向地行进经过沟槽，并且在该片段之外在获得第二部分时被清理粘附的颗粒。该实施方式是吞吐量与运行安全性之间的出色折衷。

通过将沟槽和带倍增可以简单地进一步提高吞吐量。为此，可以通过倾斜的沟槽移动回旋床，在其上端放下要分离的混合物并且在其下端接收第一部分，其中收集电极被实施成转动带，该转动带沿着片段与移动回旋床横切地经过沟槽，并且在该片段之外在获得第二部分的情况下被清理粘附的颗粒。

在所有实施方式中，将电晕电极优选地充电为负的，将收集电极相应地接地。当收集电极附加地连接在电压源的正极时，获得更好的效果，因为由此附加地提高了电晕电极与收集电极之间的电势差。

如已经提到的那样，导电颗粒从收集电极弹回，而不导电的第二部分粘附。所述颗粒的取下一般而言可以通过给收集电极施加脉冲负载来进行。该脉冲负载可以通过用锤子敲击、用振动器摇晃、用压缩空气鼓吹或者用刮擦器刮去/刷去来施加。

分离锐度可以通过混合物在气动施加以前经历筛选过程来提高。筛选过程优选地在筛网中进行，该筛网的低频筛选运动与超声振动在20至27kHz范围中重叠。针对筛选步骤特别合适的是具有感应超声激发的回旋筛选机，其例如从DE202006009068U1中公知。优选地使用具有大致80μm的网眼宽度的筛网底板。因此，可以实现高达1500kg/h^*m²的高筛选效率。最优的网眼宽度取决于颗粒混合物的组成。

超声筛选的优点在于，要流体化的混合物获得统一的粒度大小。因此，将按上面那样限制的粒度大小——筛网通孔——转变为流体化。筛网溢出未渗入到回旋床中。在流体化前筛除大颗粒也改善了颗粒混合物的流体化：在较大颗粒处因此比小颗粒积累了更多的空气离子。如果筛除大颗粒，则所述大颗粒在电离时受益。超声激发防止形成夹卡粒子，也就是说向筛选机添加不显著大于机器宽度的颗粒。

筛选和电晕分离方法的成功组合的另一方面是，严格分离两个步骤。不适宜的是，在构造上通过如下方式将两个步骤合并，即譬如筛选底板同时被用作收集电极。尝试的结果是，这有利于形成夹卡粒子并且明显妨碍了筛网的清理。由于静电力，少量粘附的颗粒紧密地粘附在筛网底板处，使得该筛网底板迅速阻塞；连续的工作方式因此用这样的设备是几乎不可能的。在US2004/0035758A1中介绍的具有充电筛网的设备在此方面被否定。

原则上，根据本发明的方法适于分离具有拥有不同电导率的颗粒部分的每种颗粒混合物。成功执行根据本发明的分离方法的前提当然是要分离的混合物的流体化能力。该流体化能力在100μm的颗粒大小以下存在。该方法尤其是可以在物品部分是精细部分并且要除去的部分比该物品部分具有更低密度并且反之亦然时（当物品部分是粗糙部分并且要除去的部分具有更高密度）可以有利地使用。

已经显示本方法特别适于分离粉末化的电子垃圾。为了将电子垃圾置于遵循上述参数的可流体化的形式，可以利用常规破碎机将电子垃圾破碎，并且接着用常规研磨机进行研磨。经研磨的电子垃圾的粒度大小应当不超过100μm。

因此，本发明的主题还有一种用于分离电子垃圾的方法，该方法具有下列步骤：

a）提供电子垃圾；

b）在获得粉末化的电子垃圾的情况下将电子垃圾研磨到小于100μm的粒度大小；

c）在获得流体化的颗粒混合物的情况下对粉末化的电子垃圾进行气动施加；

d）以前述方式执行分离方法。

粉末化的电子垃圾的第一部分由电导体和/或半导体构成。这可以是例如Fe、Cu、Al、Ag、Au之类的金属或者例如Si之类的半金属。作为电导体也可以考虑电子垃圾中的炭黑或石墨。

粉末化的电子垃圾的第二部分由非电导体构成。这是塑料、玻璃或陶瓷，尤其是金属氧化物。

在此应当澄清，不应狭义地理解术语“电导体”或“非电导体”。绝缘体当然也以非常小的程度传导电流。对根据本发明的成果起决定性作用的是，第一部分的颗粒具有比第二部分的颗粒更高的电导率。如果在此涉及非电导体，则因此应理解成在颗粒混合物内比其余颗粒具有更低电导率的部分。

如果电子垃圾是用坏的光伏元件，则第一部分将包括太阳能硅，而第二部分基本上将是塑料。本发明突出地适于分离经研磨的光伏模块。

本发明同样好地适于分离电化学电池、尤其是锂离子电池的经研磨的电极。

如果电子垃圾是锂离子电池的用坏的电极，则第一部分将包括铝、铜、石墨和炭黑，而第二部分将包括有价值的金属氧化物和塑料。

此外，在本发明的意义上，颗粒混合物还可以具有两个以上的颗粒部分，所述颗粒部分在其电导率方面不同。

在这种情况下可能要求，多步地执行分离方法：如果第一或第二部分还不足够均匀，则相应的部分可以经历另一分离步骤，以便最终获得第三和第四单纯种类的部分。

因此，可以在第二步骤将刚才所述的锂离子电池垃圾的第一部分分离成一方面铝和铜以及另一方面石墨和炭黑。在第三步骤和第四步骤中，然后将铝与铜或石墨与炭黑分离。决定性的分离标准是颗粒的不同的电导率以及密度。

类似地还必须规定：由光伏模块构成的垃圾除了太阳能硅和塑料以外还包括由铜构成的金属化合物导线（接触部）。

如果混合物中包含的部分的电导率以合适的方式彼此间隔开——譬如非导体、半导体、导体——则到三个部分的分离也可以在一个步骤中进行：也就是说，在这样的情况下，半导体如不导电的部分那样同样粘附在收集电极处，但是粘附力更小。因此，非导体部分和半导体部分的脱离要求不同的力。为了选择性地清理，例如可以使轧辊状的收集电极以特定的转速转动，使得半导体由于离心力被从收集电极再次抛开，但是非导体继续粘附并且通过刮擦器才从收集电极除去。在这种情况下，三个部分必然被接收：第一部分是被从收集电极立刻碰撞回的导体，第二部分是被刮擦器从收集电极取下的非导体，以及第三部分是在短时粘附以后再次被从收集电极抛开的半导体。

可替代地，转动的收集电极可以分步地以不同强度的清理鼓风机或吸嘴来清理。

本发明的主题还有一种用于根据本发明将颗粒混合物分离成第一部分和第二部分的设备，其中第一部分的颗粒的电导率大于第二部分的电导率。

这样的设备具有下列构造特征：

a）至少一个倾斜的沟槽，其具有透气的、被施加压缩空气的底板，该底板配备有多个电晕电极，

b）布置在沟槽的上端处的掺杂设备，其用于将颗粒混合物放置到沟槽上，

c）布置在沟槽的下端处的接收装置，其用于接收第一部分，

d）至少一个转动的转轮，其分段地在沟槽中行进，

e）以及布置在沟槽之外的转轮处的刮擦器，其用于刮去粘附在转轮处的颗粒作为第二部分。

应将该转轮理解成转动的收集电极，其可以被实施成带、配备有板的链条、或者旋转轧辊。

这样的设备的特别优点在于，该设备实现了非常精细的颗粒混合物的分离。常规的电晕轧辊分选机不能够处理具有100μm以下的精细度的颗粒。由此，利用根据本发明的设备也可以分离要求精细粉末化的电子垃圾。

因此，本发明的主题还有将这样的设备用于分离具有100μm以下的精细度的颗粒混合物的应用。

在该设备的一个特别优选的实施方式中，转动带沿着沟槽向沟槽上游行进。该设备利用重力来运动回旋床并且因此是特别运行安全的。

该设备的工作能力可以通过以下方式来提高：多个横切沟槽的分别被实施成带的转轮；至少一个与沟槽平行的转动清理带；以及在清理带和转轮的交叉区域中设置刮擦器，该刮擦器将粘附在转轮处的颗粒作为第二部分清理并且输送给清理带以用于运走。

将绝缘层连续地从收集电极清理对于分离功能是非常重要的，因为由此保证了电晕场中的强电场和不中断的离子流。二者对于工业相关规模中的可靠分离运行的确保都是强制性要求的。

附图说明

本发明的另外的实施方式及其特征从现在在下面对几个特别优选的实施例的详述描述中得出。对此：

图1示出了对挡板喷溅和接收第一部分的原理图；

图2示出了取下第二部分的原理图；

图3示出了具有多个喷溅和清理站的分离设备（示意性）；

图4示出了具有狭缝喷嘴和线形电晕电极和板状收集电极的分离设备的原理图；

图5示出了电晕电极的构造形式；

图6如图4那样，但是具有转动的纵向斜向的带作为收集电极；

图7如图4那样，但是具有转动的横向斜向的带作为收集电极；

图8示出了具有狭缝喷嘴和电晕线的分离设备在出口处的原理图；

图9如8那样，但是具有转动带作为收集电极；

图10示出了静止回旋床的原理图；

图11示出了具有移动床和转动带作为收集电极的分离设备的原理图；

图12示出了来自图11的多个移动床、带状收集电极和清理带的分离设备的构造变型。

具体实施方式

图1和2示出了用于执行方法的试验性结构。在料仓2中提供颗粒混合物1。料仓2被实施成流体料仓，并且允许颗粒混合物的流体化。该流体化由不导电颗粒（其由空心圆圈表示）和导电颗粒（其由实心点表示）组成。喷溅装置3包括混合室4，洁净的压缩空气5可以通过逐渐变细的喷嘴6被喷射到混合室4中。吸收线路7将混合室4与料仓2连接。同样与混合室4连接的是充电线路8，充当电晕电极9的针状线（直径小于1mm）同轴地延伸穿过该充电线路8。充电线路8是具有圆形截面和大致2cm内径的管道。所述尺寸涉及实验室规模。工业规模的分离设备允许具有用于充电线路和电晕电极的更大直径。电晕电极9同喷溅装置3的其余组件、尤其是同由非导体制成的充电线路8是电绝缘的。

充电线路8的开口定向到充当收集电极10的由钢片制成的挡板。收集电极的表面被定向为与充电线路8或电晕电极9的轴成大致90°。电晕电极9与收集电极10之间的电场线因此平行于颗粒流的颗粒朝向收集电极的方向离开充电线路8的流动路径。

在收集电极10的背向喷溅装置的侧安装有气动驱动的锤子11。在收集电极10之下布置有用于第一部分13的第一捕捉池12以及用于第二部分15的第二捕捉池14。

为了气动运送，给喷嘴6施加压力为6巴和体积流为大致4m³/h的压缩空气5。通过将压缩空气输送穿过料仓2的流体底板，颗粒混合物在料仓2中就已经被流体化，使得保证了由颗粒和空气构成的均与混合物。通过喷嘴6的逐渐变细的截面，压缩空气直到从喷嘴6出射为止都经历强的加速。通过混合室4的截面扩张，混合室4中的压缩空气6的压力迅速下降，使得存在低压，该低压通过吸收线路7将颗粒混合物1吸入混合室4中。在那里，压缩空气5和颗粒混合物1混合成颗粒流16，该颗粒流16通过充电线路8在收集电极10的方向上离开混合室4。颗粒流16首先沿着以30kV处于高压下的电晕电极9掠过，使得颗粒流16的空气分子和混合物颗粒被负充电。从被定向为与收集电极10的表面成大致90°角的充电管8，颗粒流16被喷溅到以＋12kV被充电的收集电极10。颗粒流16经过空气的自由路程为大致100至200mm。

一旦被负充电的颗粒碰到接地的收集电极10，分离就进行：导电颗粒（黑色）根据其入射角被从收集电极碰撞回并且聚集在第一捕捉池12中。不导电颗粒（白色）在此期间粘附在收集电极10上。

在大致20至60s的时间以后，收集电极10被不导电颗粒占据。现在，压缩空气6和电晕电极的高压被关闭，并且锤子11被操控（图2）。该锤子11给收集电极10施加大致3s的脉冲负载，该脉冲负载使第二部分从收集电极10脱离并且可以使其落入第二捕捉池14中。

现在，在第一捕捉池12中存在大致40g的第一导电部分13，在第二捕捉池14中存在大致110g的第二不导电部分15。为了该收益，向20乘30cm面积的收集电极喷溅积十次20秒长，并且在此充电线路相对于收集电极在电极间隔保持不变的情况下运动。

通过合适的放大（scaling up）、尤其是通过提高喷溅装置3中的吞吐量并连续对现在要运动的收集电极进行加载和清理，可以提高针对大颗粒量的分离效率。充电线路的数目也可以倍增，其方式是在水平方向上布置一系列充电线路并且在垂直方向上布置多个这样的组。

具有高吞吐能力的分离设备的不同实施可能性将在下面根据示意图进一步阐述。

图3示出了连续实施方式，该实施方式具有多个喷溅站17和作为收集电极的不停转动的带18。替代于带，可以设置闭合的链条滑车，在该链条滑车的环节处布置板作为收集电极。每个喷溅站17都包括多个并行工作的喷溅装置3。所述喷溅装置可以如上面在图1和图2中所描述的那样实施。带18经过喷溅站17并且在此被大面积地施加要分离的颗粒的流。第二部分粘附在带18处，第一部分被碰撞回，向下落并且在喷溅站17的区域中被收集（未示出）。被第二部分占据的带18继续行进到清理站19，该清理站19借助于锤子11和/或刷子组20被清理。锤子更适于清理转动链条滑车上的板状收集电极，为了清理带，应优选地考虑使用刮擦器或刷子。第二部分在清理站19中被接收（未示出）。然后，该带继续行进到下一喷溅站17，跟在该喷溅站17之后的又是清理站19。不停转动的带18通过这种方式交替地被喷溅颗粒并且再次被清理。

图4示出了具有狭长的狭缝喷嘴21的替代的喷嘴构造。在左边示出前视图，在右边示出侧视图。颗粒流16通过狭缝喷嘴21出射。线形的电晕电极22负责电离，该电晕电极22具有多个尖峰23（参照图6a）。线形的电晕电极22延伸通过狭缝喷嘴21的开口、即横切于颗粒流16的流动方向。颗粒流16被定向到与狭缝喷嘴21平行延伸的平面挡板形式的收集电极10。对挡板的清理利用锤子11进行。

图5示出了配备有尖峰的线形电晕电极的各种构造形式。

图6示出了如何通过不停转动的带18代替来自图4的不运动的收集电极10，以便获得连续工作的分离设备。在透视图中在图中的右上方可以辨认出，第一部分13借助于吸嘴24被接收。粘附的第二部分15随着带18继续行进到未示出的清理站（例如刮擦器或刷子组）。

在图6中左下方所示的该设备的侧视图中能够辨认出，为何第一部分13与带的行进方向相反地移动到吸嘴24，而粘附的第二部分15随着带18一起行进：也就是说，带18在长度方向上倾斜地布置并且向上行进。未粘附的颗粒13因此与带18的行进方向相反地在下坡布置的吸嘴24的方向上跌落。

根据图7，转动带18也可以向侧面倾斜（带向符号平面中运动）。通过狭缝喷嘴21放下的颗粒的第一部分13从带18的侧面落向下并且被收集起来。

图8示出具有狭缝喷嘴21的另一构造变型的侧视图。颗粒流16在收集电极10的方向上经过狭缝喷嘴21出射。两个被实施成线的电晕电极9紧邻狭缝喷嘴21横切于颗粒流16的流动方向地延伸。在实际中，可以如在US7626602B2中描述的镀层设备那样实施这样的分离设备。

图9示出了图8中所示实施方式的具有狭缝喷嘴21的变型方案。收集电极在此是不停转动的带18，其拉紧段和松弛段彼此垂直地延伸。在所述拉紧段和松弛段处设置多个喷溅站17，所述喷溅站利用狭缝喷嘴21工作。细节A示出了线形电晕电极9在此在狭缝喷嘴21的出口处、即直接在颗粒束16中延伸。未粘附的颗粒13借助于布置在狭缝喷嘴21之下的捕捉池12被捕捉，为了获得第二部分15而对带进行的清理利用刮擦器26进行。

图10至12示出了不是利用从喷嘴出射的流体流、而是利用回旋床工作的分离设备。

图10示出了回旋床的原理。为此，混合物1被放置到透气、但不透颗粒的流体底板27上。流体底板27通常是扁平纺织物或者多孔的或穿孔的板。流体底板27因此具有多个透气孔，这些透气孔分别具有大致20μm的直径。流体底板27被从下方施加压缩空气5。压缩空气5穿过透气孔落到层状地位于流体底板27上的颗粒上，并且将其无序地搅动到回旋床28，该回旋床28在有限的区域中在流体底板27上延伸。由于回旋床28在局部不改变并且仅仅使颗粒在回旋床28内运动，因此在此称为静止回旋床。

在回旋床内，颗粒分散（分开）在空气中，这防止了结块。分开的被压缩空气5包围的颗粒可以突出地借助于多个电晕电极9被电离，所述电晕电极9在回旋床28中延伸。电晕电极9可以如在EP1321197B1中所述那样布置在流体底板处或者如从DE102004010177B4中公知的那样布置在流体底板之上。在后一种情况下，在一个步骤中进行空气的电离、颗粒混合物的流体化、以及为了获得电极的流体化的颗粒混合物而将电离的空气与流体化的颗粒混合物进行的混合。

替代地可能的是，以两个步骤电离和流体化：为此，首先电离压缩空气，并且为了流体化给颗粒直接施加电离的压缩空气。在这种情况下，电晕电极直接布置在流体电极下方，使得压缩空气在从流体底板出射到颗粒混合物中以前不久被电离。

具有多个在其中延伸的电晕电极9的回旋床28大致由成束的多个无限小的喷溅装置构成。

收集电极10被引导通过回旋床或至少被引导到其交界面，不导电的颗粒在该收集电极10处沉降。为了获得第二部分15，收集电极被从回旋床28中取出并清理。第一部分保留在回旋床28中。因此随着时间，第二部分15被从回旋床28中刮擦掉，使得回旋床中的导电部分的份额上升。因此，回旋床28必须连续地被清理并且富集有新鲜的混合物。为此，在合适的时间间隔以后，压缩空气施加被关闭，流体底板27在获得第一部分13的情况下被清扫并且重新掺杂新鲜的混合物1。在此期间，如果这不是连续进行的，则也可以在获得第二部分15的情况下清理收集电极10。然后，气动施加再次开始并且分离过程重新开始。但是与批量运行相比优选连续的运行。

具有高吞吐量的完全连续地工作的分离设备可以借助于移动回旋床来实现。移动回旋床——简称移动床——29与静止回旋床28的区别在于，移动床整体地运动。同样，移动床的整体运动速度与回旋床内的颗粒运动相比是慢的。但是与流体流的流动速度相比，移动床缓慢地运动。

移动床29在最简单的情况下借助于重力被置于运动中：为此，与水平面倾斜10至15°的沟槽30配备有流体底板27，该流体底板27被从下方施加压缩空气；参见图11。在流体底板27中置入电晕电极。在沟槽30的上端放置新鲜的颗粒混合物1。在重力驱动下，流体化的电离的颗粒混合物作为移动床29滑下沟槽18。在此，第二部分15沉降到不停转动的带18上，该带18分段地沿着沟槽30与移动床29的运动方向相反地向上通过该移动床。带速度为大致10km/h。通过高的带速度，保证了在清理颗粒混合物时与工业相关的高吞吐量。在不导电的第二部分的平均累积为大致0.2kg/m²（上述试验）、带宽度为1.5m、以及速度为10km/h的情况下，所获得的不导电的部分的物料流在仅仅一个回旋床的情况下为大致3t/h。在穿过沟槽30时，移动床29逐渐被去除第二部分15。因此在沟槽30的下端，导电颗粒出射，所述导电颗粒作为第一部分13被接收。第二小部分15利用刮擦器26被从带18取下。经清理的带18行进回到移动回旋床29。

图12示出来自图11的利用移动床29和带18作为收集电极工作的设备可以如何通过倍增其沟槽和带及其并行化来加强吞吐量。

在图12中示出的俯视图中可以辨认出，多个平行的倾斜的沟槽30与多个平行的带18交叉。金属带18充当收集电极并且横切地穿过沟槽30、穿过在其中移动的移动床29。带18将不导电的货物横向地从移动床中运出，并且与交替平行地布置在倾斜的沟槽30之间的清理带31交叉。在带18和清理带31的交叉区域中，分布布置有刮擦器，该刮擦器清理带18的不导电颗粒，并且将这些不导电颗粒转移到清理带31上。不停转动的清理带31连续运输第二部分15，而第一部分13在倾斜的沟槽30的下端离开分离设备。

附图标记

1    颗粒混合物

2    料仓

3    喷溅装置

4    混合室

5    压缩空气

6    喷嘴

7    吸取线路

8    充电线路

9    电晕电极

10   收集电极

11   锤子

12   第一捕捉池（用于第一部分）

13   第一部分

14   第二捕捉池（用于第二部分）

15   第二部分

16   颗粒流

17   喷溅站

18   作为收集电极的带

19   清理站

20   刷子组

21   狭缝喷嘴

22   板状的电晕电极

23   尖峰

24   吸嘴

26   刮擦器

27   流体底板

28   （静止）回旋床

29   移动回旋床/移动床

30   沟槽

31   清理带。

Claims (28)

1.一种用于将颗粒混合物分离成第一部分和第二部分的方法，其中第一部分的颗粒的电导率大于第二部分的电导率，所述方法包括以下步骤：

a）提供流体化的颗粒混合物，其包含具有不同电导率的两个颗粒部分；

b）借助于至少一个被要电离的空气包围的电晕电极同向地电离空气；

c）在获得同向电离的流体化的颗粒混合物的情况下将电离的空气与流体化的颗粒混合物混合；

d）将由电离的流体化的颗粒混合物构成的第二部分的颗粒沉降到相对于电离的流体化的颗粒混合物运动的收集电极上，所述收集电极被接地或者所述电晕电极被相反地充电；

e）取出粘附在收集电极处的颗粒作为第二部分；

f）从电离的流体化的颗粒混合物的未粘附在收集电极处的颗粒中获得第一部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，流体化的颗粒混合物在电离以前或以后被施加空气流动力并且作为流体流在运动的或不运动的收集电极的方向上被运送。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电离在充电线路中进行，所述流体流被引导穿过所述充电线路并且电晕电极在所述充电线路中延伸，使得从充电线路出射的电离的流体流指向收集电极，从所述收集电极弹回的颗粒作为第一部分被接收并且粘附在所述收集电极处的颗粒作为第二部分被从所述收集电极取下。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述充电线路是由电绝缘材料制成的管道，被实施成线的电晕电极同轴地延伸穿过该管道。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述充电线路是由电绝缘材料制成的狭缝喷嘴，配备有尖峰的线形电晕电极延伸通过所述绝缘材料的截面。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，给流体化的颗粒混合物施加空气流动力以产生流体流这样进行，即流入的压缩空气通过逐渐变细的喷嘴被喷入混合室中，所述混合室一方面与所述充电线路连接并且另一方面与提供流体化的颗粒混合物的料仓连接，所述压缩空气的流动截面大于所述喷嘴的开口截面。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述流体流通过由电绝缘材料制成的狭缝喷嘴出射，在所述狭缝喷嘴附近布置以横切于所述流体流延伸的线的形式的至少一个电晕电极，使得所述流体流的电离在其从所述狭缝喷嘴出射时进行，从狭缝喷嘴出射的电离的流体流指向收集电极，从所述收集电极弹回的颗粒作为第一部分被接收，并且粘附在所述收集电极处的颗粒作为第二部分被从收集电极取下。

8.根据权利要求2至7之一所述的方法，其特征在于，所述收集电极是不运动的挡板。

9.根据权利要求2至7之一所述的方法，其特征在于，所述收集电极是转动带或者多个固定在转动链条处的板。

10.根据权利要求3至9之一所述的方法，其特征在于，电离的流体流到所述收集电极的指向这样进行，即所述电流的流体流以不等于180°、尤其是90°的角度落到所述收集电极的表面上。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，流体化的颗粒混合物是静止回旋床，并且所述收集电极是旋转轧辊或转动带，其中所述轧辊或所述带分段地被浸入到流体化的电离的颗粒混合物中或者至少与其接触，并且在浸入区域或接触区域之外将第二部分从所述带或所述轧辊取下。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，分时地中断静止回旋床的气动施加，并且在中断期间，停下的回旋床的颗粒作为第一部分被接收并且被新提供的颗粒混合物代替。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，流体化的颗粒混合物是移动回旋床，并且所述收集电极是旋转轧辊或者转动带，其中所述回旋床沿着所述轧辊或所述带的片段移动。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述回旋床被施加空气流动力并且由此被置于朝向收集电极的方向的移动运动中。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述回旋床移动经过倾斜的沟槽，在所述沟槽的上端放下要分离的颗粒混合物并且在所述沟槽的下端接收第一部分，其中所述收集电极被实施成转动带，所述转动带沿着片段与所述移动回旋床反向地或同向地经过所述沟槽，并且在所述片段之外在获得第二部分的情况下被清理粘附的颗粒。

16.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述回旋床移动经过倾斜的沟槽，在所述沟槽的上端放下要分离的颗粒混合物并且在所述沟槽的下端接收第一部分，其中所述收集电极被实施成转动带，所述转动带沿着片段与移动回旋床横切地经过所述沟槽，并且在所述片段之外在获得第二部分的情况下被清理粘附的颗粒。

17.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述电晕电极被负冲电，并且所述收集电极被接地或被正冲电。

18.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，粘附在所述收集电极处的作为第二部分的颗粒的取下通过给收集电极施加脉冲负载来进行。

19.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，粘附在所述收集电极处的作为第二部分的颗粒的取下通过刮擦器来进行。

20.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述颗粒混合物在流体化以前经历机械筛选过程，其中在此所使用的筛网以20至27kHz范围内的超声振动来激励。

21.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述颗粒混合物是粉末化的电子垃圾。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述电子垃圾是光伏元件。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述电子垃圾是电化学电池的电极、尤其是锂离子电池的电极。

24.一种用于分离电子垃圾的方法，其特征在于以下步骤：

a）提供电子垃圾；

b）在获得粉末化的电子垃圾的情况下将电子垃圾研磨成小于100μm的粒度大小；

c）在获得流体化的颗粒混合物的情况下对粉末化的电子垃圾进行气动施加；

d）执行根据权利要求1至23之一所述的分离方法。

25.一种用于将颗粒混合物分离成第一部分和第二部分的设备，其中第一部分的颗粒的电导率大于第二部分的电导率，所述设备包括：

a）至少一个倾斜的沟槽，其具有透气的、被施加压缩空气的底板，所述底板配备有多个电晕电极，

b）布置在所述沟槽的上端处的掺杂设备，其用于将颗粒混合物放置到所述沟槽上，

c）布置在所述沟槽的下端处的接收装置，其用于接收第一部分，

d）至少一个转动的转轮，其分段地在所述沟槽中行进，

e）以及布置在所述沟槽之外的转轮处的刮擦器，其用于刮去粘附在转轮处的作为第二部分的颗粒。

26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述转轮被实施为带并且转动的带沿着沟槽向沟槽上游行进。

27.根据权利要求25所述的设备，其特征在于多个横切沟槽的分别被实施成带的转轮；至少一个与所述沟槽平行的转动清理带；以及在清理带和转轮的交叉区域中设置刮擦器，所述刮擦器将粘附在转轮处的颗粒作为第二部分清理并且输送给清理带以用于运走。

28.一种将根据权利要求25至27之一所述的设备用于将颗粒混合物分离成第一部分和第二部分的应用，其中第一部分的颗粒的电导率大于第二部分的电导率，其特征在于，两个部分的颗粒大小小于100μm。

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