CN105792941B - 经改进的磁密度分离器件和方法 - Google Patents

Abstract

一种磁密度分离机(20)，包括：通过其在使用中磁性工艺液和要分离的颗粒在流动方向(P)上流动的加工通道(21)；磁化器件(22)，该磁化器件被安排成在流动方向上沿着通道(21)的壁(23)中的至少一个壁延伸，从而在使用中向通道(21)的分离区中的工艺液施加磁场以建立磁性工艺液的切割密度以基于工艺液中的颗粒的密度使其分离；通过其磁性工艺液被引入通道(21)以在流动方向上沿着分离区分层地流动的分层器(4)；以及通过其工艺液和要分离的颗粒的混合物被引入加工通道(21)以结合分层的工艺液的馈送器(24)，其特征在于，馈送器(24)包括夹带器件(25)。

Description

经改进的磁密度分离器件和方法

本发明一般涉及磁密度分离，并且具体地涉及一种类型的磁密度分离，其中向包括具有不同密度的颗粒的磁性工艺液施加磁场以建立磁性工艺液的切割密度并按照颗粒的密度使其分离。

在加工用于将混合流分类成具有不同类型的材料的颗粒的流的原材料处理中使用磁密度分离。在准确形式的密度分离中，使用其中较轻的材料上浮而较重的材料下沉的液体介质。该工艺将其密度是在馈送器中的轻和重材料的密度间的中间的仍然便宜和安全的液体介质用作工艺液。在磁密度分离中，这使用磁性液体来提供。磁性液体具有与水的材料密度相当的材料密度。然而，当向磁性液体施加梯度磁场时，在一定量的液体的力是重力和磁力的和。以此方式，有可能使液体人为地轻或重，从而导致所谓的切割密度。对于磁密度分离，使用大平面磁体。该磁场随着高于磁体的高度而衰减，优选地随着高于磁体表面的高度呈指数级地衰减。

已知磁分离工艺例如用于使存在于回收、切碎的塑料瓶的混合物中的不同类型的塑料的颗粒分离。已知磁密度分离机包括在使用中磁性工艺液和要分离的颗粒通过其在流动方向上流动的加工通道。磁化器件被安排成在流动方向上沿着通道的壁中的至少一个壁延伸，从而在使用中向通道的分离区中的工艺液施加磁场以建立磁性工艺液的切割密度。切割密度基于工艺液中的颗粒的密度使所述颗粒分离。已知磁密度分离机包括通过其磁性工艺液被引入通道以在流动方向上沿着分离区分层地流动的分层器(laminator)。通过使工艺液流分层，流中的漩涡减少，否则漩涡可能抵消密度分离。注意，分层流在本文中旨在表达使流基本分层，并且不一定使流完全或彻底分层。分离机还包括通过其工艺液和要分离的颗粒的混合物被引入加工通道以结合(join)分层的工艺液的馈送器。

此类磁密度分离机在WO2009/108047中进行了描述，并且具有适合的磁场的磁化器件在EP 1 800 753中进行了描述。在WO’047的分离机中，工艺液和颗粒的混合物经由在流动方向上延伸通过分层器的喷射通道馈送到分层工艺液。这些喷射通道要求相对高的流动速度，因为否则要分离的颗粒倾向于阻塞这些通道。另外，要分离的颗粒具有受限的最大直径，例如，10-15mm。

虽然该已知分离机是非常成功的，但是已知分离机的缺点在于，磁性工艺液与要分离的颗粒的混合物与磁性工艺液的分层流的结合引起工艺液中的漩涡。另外，作为污染物存在的相对较重的颗粒(例如，玻璃或金属)可能仍然引起喷射通道的部分阻塞，并且可导致分层工艺液中的干扰漩涡。这降低了分离效率，并且实际上导致较低的吞吐量、相对较长的加工通道、和/或相对昂贵的磁化器件。

本发明的目的是缓解已知分离机的缺点。具体地，本发明的目的是提供一种具有经改进的效率且实际上可能具有较高的吞吐量、相对较短的加工通道、和/或相对便宜的磁化器件的磁密度分离机。为此，本发明提供了一种磁密度分离机，包括：通过其在使用中磁性工艺液和要分离的颗粒在流动方向上流动的加工通道；磁化器件，该磁化器件被安排成在流动方向上沿着通道的壁中的至少一个壁延伸，从而在使用中向通道的分离区中的工艺液施加磁场以建立磁性工艺液的切割密度以基于工艺液中的颗粒的密度使所述颗粒分离；通过其磁性工艺液被引入通道以在流动方向上沿着分离区分层地流动的分层器；以及通过其工艺液和要分离的颗粒的混合物被引入加工通道以结合分层的工艺液的馈送器，其特征在于，馈送器包括夹带(entraining)器件。

通过在馈送器中提供夹带器件，磁性工艺液与要分离的颗粒的混合物可能与磁性工艺液的分层流以更加受控的方式结合，从而该结合引起工艺液中的较少的漩涡。具体地，夹带涉及防止阻塞的推进动作，以使混合物的速率分布可能更自由地选择来匹配工艺液的速率分布，从而流的结合引起较少的湍流。夹带器件被安排成随着分层流(优选以与分层流相同的速率)移动。另外，夹带本身可能引起混合物中的较少的湍流。这种方式，分离效率得以改进，并且分离机实际上可能具有较高的吞吐量、相对较短的加工通道、和/或相对便宜的磁化器件。

当夹带器件至少部分地延伸通过加工通道时，伴随着工艺液的分层流，混合物可与分层工艺液轻缓地合并。优选地，夹带器件被安排成在相同的方向上随着分层流而移动。

当夹带器件从其中工艺液和颗粒在湍流中相互混合的供应区延伸时，夹带器件本身可应对在供应区的湍流干扰加工通道中的流。

当馈送器包括与分层器分离且其中夹带器件被安排成夹带混合物轴向地通过馈送通道的馈送通道时，混合物可沿着工艺液流平行地穿过分层器。这种方式，馈送通道可以相对较大，并且要结合的流动的接触表面可以相对较小。

当夹带器件包括啮合馈送通道的壁以划分供应区和加工通道之间的馈送通道中的混合物的夹带元件时，夹带器件本身可引起混合物中的较少的湍流，并且可进一步有效地防止在供应区的湍流干扰加工通道中的流。它在夹带元件密封地啮合馈送通道的壁时是特别有效的。

夹带器件可包括具有被安排成沿着流动方向移动的夹带元件的输送器。输送器优选是无端(endless)和再循环的。输送器可沿着通道壁延伸，并且具体地可沿着分离区延伸。输送器可形成加工通道的壁。在顶壁和底壁由输送器形成的情况下，加工通道可基本上在输送器之间形成。这种方式，输送器还可用于使壁没有被磁化器件吸引的沉淀物和碎屑。

当夹带元件形成它们之间的在面向加工通道的一侧打开的运输支架(cradle)时，混合物与工艺液的分层流的结合可以是特别有效的。具体地，来自混合区的在运输支架中携带的漩涡可帮助混合物在打开侧离开支架并且使要分离的颗粒与分层工艺液轻缓地合并。

当输送器是无端、平的输送带时，夹带器件可被安排成沿着加工通道的壁延伸。接着，夹带元件可包括从带的输送面延伸的直立部，这些夹带元件是有效的并且可能相对简单地实现。直立的夹带元件优选是柔性的。夹带元件例如可被体现为刷子、指状物、推动件(pusher)、或者类似的结构，并且优选被体现为格槽(riffle)。当直立部包括跨输送带的面横向延伸的在移动方向上间隔开的格槽时，促进运输支架的形成以及通过隔间与馈送通道的壁的协作的划分。

当馈送通道被定义在分层器和在加工通道的顶部和/或底部的加工通道的入口处的加工通道壁之间时，它可相对简单地实现。

当输送器在流动方向上沿着加工通道的壁延伸时并且当夹带元件啮合分层器的壁时，提供一种具有高效率、但是具有可靠、成本有效的构造的分离机。当输送器跨加工通道的宽度伸展延伸时，可促进高吞吐量的混合物的供应。

加工通道可进一步包括出口区，该出口区包括在流动方向上延伸的至少一个分隔壁，其中工艺液被分成其中颗粒具有相互不同的平均密度的分离的液体流。

本发明进一步涉及一种磁密度分离方法，其中向包括具有不同密度的颗粒的磁性工艺液施加磁场以建立磁性工艺液的切割密度并按照颗粒的密度使其分离，其中使用夹带器件将磁性工艺液与要分离的颗粒的混合物结合到磁性工艺液的分层流。在该方法中，夹带器件伴随着分层流而移动，并且夹带器件可将来自其中工艺液和颗粒在湍流中相互混合的供应区的混合物馈送到划分流动中的分层流。

本发明将在附图中表示的非限制性的示例性实施例的基础上进一步阐述。在附图中：

图1示出磁密度分离机的示意性截面侧视图；以及

图2示出在图1中的A-A处的示意性截面横向视图。

注意，附图只是本发明的优选实施例的示意性表示。在附图中，使用相同的附图标记来表示同等或对应的部分。

图1和2示出磁密度分离机20，该磁密度分离机包括通过其在使用中磁性工艺液和要分离的颗粒在使用箭头P指示的流动方向上流动的加工通道21。

磁化器件22被安排成在流动方向上沿着通道21的底壁23延伸，从而在使用中向通道21的分离区中的工艺液施加磁场。磁场切割磁性工艺液的密度以基于工艺液中的颗粒的密度使其分离。

磁化器件22在磁体上方的一体量的磁性液体内创建在平行于磁体的每一个平面中具有基本恒定的强度的磁场。结果是，对液体的磁力实质上垂直于这些平面并且实质上只取决于与该平面垂直的坐标。用于磁密度分离的此类磁体在美国宾夕法尼亚州费城2011年3月27-30日的关于固体废物技术与管理的第25次会议、固体废物技术与管理期刊(journal of solid waste technology and management)ISSN 1091-8043(2011)977-983的“用于聚合物的磁密度分离的磁体设计(Magnet designs for magnetic densityseparation of polymers)”中进行了更详细的讨论。在该出版物中，描述了包括其上安装一系列杆的平的钢支撑件的平面磁体。替换地，这些杆由钢且由磁性材料制成，并且具有由钢制成的特殊成形的帽。填充有空气或非磁性化合物(诸如聚合物树脂)的间隙将连贯的杆分离。

分离器件20进一步包括通过其磁性工艺液被引入通道22以在流动方向P上沿着分离区S分层地流动的分层器4。磁性工艺液被存储在储液槽1中，并且经由供应管道32馈送到分层器。另外，分离器件包括通过其工艺液和要分离的颗粒的混合物被引入加工通道以结合分层的工艺液的馈送器24。

根据本发明，馈送器包括夹带器件25。夹带器件可在使用中迫使混合物中的颗粒至加工通道21，从而它们不会被卡住并阻塞馈送器。伴随着工艺液的分层流，夹带器件25至少部分地延伸通过加工通道，从而工艺液与颗粒的混合物随着夹带器件25优选以与夹带器件25相同的速率和/或在与夹带器件25相同的方向上移动。在本实施例中，夹带器件包括在换向轮(return wheel)26之间循环的无端、平的输送带5。如在图2中可见的，输送带5跨加工通道21的宽度伸展。输送带5的上半圈(top run)27沿着分层器4延伸，并且继续超过分层器4以在磁化器件22上延伸。输送带5的上半圈27形成加工通道21的底壁23。它还形成馈送器24的底壁。输送带5的上半圈27的长度可以是几米(例如，2-6m)，并且宽度可以是0.5-3m。

夹带器件25从其中工艺液和颗粒在湍流中相互混合的供应区28延伸。要分离的颗粒在湿润的情形中经由入口2馈送到供应区。在供应区中，使用混合器3将颗粒与工艺液相互混合以形成浆化的(slurryfied)混合物。气泡从混合物向入口2逸散。

输送带5的上半圈27与分层器4的底壁协作以形成馈送器24的馈送通道。馈送通道由此与分层器4分离，并且夹带器件25被安排成在此在与流动P相同的方向上夹带混合物轴向地通过馈送通道。

夹带器件25包括啮合馈送通道的壁以划分(compartmentalize)供应区和加工通道之间的馈送通道中的混合物的夹带元件31。阻止在供应区28中由混合物3引起的湍流波直接传播到加工通道21。在此，夹带元件是从输送面直立地延伸且密封地啮合分层器4的底壁的柔性格槽。夹带元件在此可以是例如0.5-15cm高(例如，2cm)。夹带元件31完全跨输送带的宽度，并且在流动方向P上以例如5-50cm(例如，10cm)间隔开。夹带元件形成它们之间的在面向加工通道的一侧打开的运输支架。来自供应区28的沿着在运输支架中携带的漩涡可帮助混合物在打开侧离开支架并且使要分离的颗粒与分层工艺液轻缓地合并。

加工通道包括出口区，该出口区包括在流动方向上延伸的大量分隔壁，其中工艺液被分成其中颗粒具有相互不同的平均密度的分离的液体流。

在使用以上讨论的器件中，向包括具有不同密度的颗粒的磁性工艺液施加磁场，以建立磁性工艺液的切割密度并且按照颗粒的密度使其分离。使用夹带器件将磁性工艺液与要分离的颗粒的混合物结合到磁性工艺液的分层流。夹带器件伴随着分层流优选以与分层浮块基本相同的速度移动。该速度可以是例如0.1-0.5m/sec。夹带器件将来自其中工艺液和颗粒在湍流中相互混合的供应区的混合物馈送到划分流中的分层流。

示例

在下文中，基于附图给出示例。

组件：

1.填充有磁性工艺液的储液槽

2.湿润颗粒的入口

3.使颗粒浆化且允许气泡上升到表面的混合器

4.具有入口(左边)以创建工艺液的均匀、水平的层流的分层器

5.具有用于将浆化的颗粒引入磁场/分离通道的柔性格槽的输送器，两个输送器以与分层器产生的水平层流相同的速度移动

6.用于将产物流分离成以下流的导管(vessel)：1.下沉到螺旋输送器中且从分离器提取到洗涤单元的颗粒流；以及2.主要由工艺液组成、但是还包括随着工艺液的流动而移动的一些非常精细的材料、纤维和箔片(具有非常小的终端速率的颗粒)的由泵吸附的流。在导管的出口处的矩形弯曲保证在分割器的抽吸流动在分离器的宽度上是均匀的

7.提取产物的螺旋输送器

8.最轻颗粒(可能还包括浮动颗粒)的出口

9.用于移除粘附到较低输送带的材料的出口

10.用于移除还包括一些非常精细的材料、纤维和箔片的工艺液到泵和过滤器的流动的出口。在过滤之后，将工艺液的组合流重新引入储液槽1并且随后重新引入分层器部分(4)

柔性格槽

通过筛子为10mm的切割磨来切割一批320kg的混合的PET、PS、PE和PP废物。

接着，该材料在沸水中浸没达30秒，以使薄片的表面湿润且使该材料的任何生物活性最小化。

该材料在一小时的过程中在振动脱水筛上馈送以冷却并使含水量降低到约7质量％，以使与塑料混合成MDS的磁性工艺液的水的量最小化。

将该材料从脱水筛馈送到400mm宽和120mm长、填充有到150mm的水平的磁性工艺液的混合导管中。该导管中的液体借助于四个勺形搅拌器件搅拌，这些勺形搅拌器件具有与该导管的长度垂直取向的30mm直径的圆形刀片和6mm直径的竖直圆柱棒、沿着该导管的宽度间隔100mm。这些勺状物沿着该导管的长度振动，其具有20mm的冲程和2.5与10Hz之间的频率。该频率增加到塑料薄片在液体中均匀地悬浮、同时没有从液体的表面夹带到液体的主体中的空气那么高的点。发现通过以此方式搅拌该材料，将湿润充分的薄片均匀地、单独地(即，不彼此粘附)且没有气泡地引入磁性液体，这对于其针对密度的后续分离是必要的。在未准确地搅拌的情况下，最轻的薄片在表面收集并阻塞馈送，同时不同聚合物的薄片可彼此粘附并且作为团簇(clump)而不是单独地进入分离器。

在混合导管的一侧并沿着宽度引入并且通过底部的排水管沿着其宽度逸散的约6m³/h的磁性工艺液的流携带所悬浮的薄片通过30mm x 400mm的导轨向下至由上输送带和下输送带界定的400mm宽和100mm高的通道和两个固定的侧窗格中，上输送带和下输送带两者以0.2m/s运行。两个输送带配备有间隔100mm的20mm高的格槽。由于浮力和重力，薄片在任一个输送带的格槽之间收集。

两个输送器以恒定的体积速率在60mm高、400mm宽的分层器单元上方和下方夹带材料和液体，该分层器单元将液体在两个输送器之间的具有相同速度(即，0.2m/s)的流注入磁场区。这确保轻于或重于工艺液的所有材料以非常低的湍流引入液体流中的磁场区。

一旦在磁场区中，各个薄片将根据其密度在数秒中上升到其平衡高度，同时向产物出口流动。

在通道的末端，将薄片收集到四个不同的出口中，第一个和最低的出口由第一分割器从收集PET产物的较低输送带上方20mm以上界定，第二个、下一个最低的出口由第二分割器从收集PS产物的第一分割器上方30mm以上界定，第三个出口由第三分割器从收集PE产物的第二分割器上方30mm以上界定，并且第四个出口由上输送器和收集PP产物的第三分割器界定。液体通过第二和第三出口的流动受两个泵控制，每一个泵泵吸约9m³/h。

随着输送器扭转其滑轮，在一侧由输送器界定的出口分别向罐子的底部和表面释放该流携带的材料，其中这些产物由螺旋输送器从罐子收集和运输。中间两个出口各自从磁场区水平地向外延伸到通过允许薄片从水平流上升或下降到容器中使薄片与液体分离的器件中，其中所述薄片从该容器运输出罐子。薄的箔片、精细的颗粒或纤维可与液体一起流经泵。

来自泵的液体的流动馈送通过过滤器以移除精细的颗粒、纤维和箔片，并且组合以馈送回分层器单元。

本发明不限于在此表示的示例性实施例。例如，输送器可以是链型，并且可携带作为夹带器件的麻袋、盘状物(plate)、或者桶状物(bucket)。夹带器件还可由与转动门类似的旋转锁形成。此类变体对本领域技术人员而言应当是清楚的，并且被认为落入如以下权利要求所定义的本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种磁密度分离机(20)，包括：通过其在使用中磁性工艺液和要分离的颗粒在流动方向(P)上流动的加工通道(21)；磁化器件(22)，所述磁化器件被安排成在流动方向上沿着所述加工通道(21)的至少一个壁(23)延伸，从而在使用中向所述加工通道(21)的分离区(S)中的磁性工艺液施加磁场以建立所述磁性工艺液的切割密度以基于所述磁性工艺液中的颗粒的密度使其分离；通过其所述磁性工艺液被引入所述加工通道(21)以在流动方向上沿着所述分离区(S)分层地流动的分层器(4)；以及通过其磁性工艺液和要分离的颗粒的混合物被引入所述加工通道(21)以结合分层的磁性工艺液的馈送器(24)，其特征在于，所述馈送器(24)包括夹带器件(25)，所述夹带器件(25)包括具有被安排成沿着所述流动方向(P)移动的夹带元件(31)的输送器并且所述夹带器件(25)从供应区(28)延伸通过馈送通道进入所述加工通道(21)。

2.根据权利要求1所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，伴随着磁性工艺液的分层流，所述夹带器件(25)至少部分地延伸通过所述加工通道(21)。

3.根据权利要求1或2所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述夹带器件(25)从其中磁性工艺液和颗粒在湍流中相互混合的供应区(28)延伸。

4.根据权利要求1所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述馈送通道与所述分层器(4)分离，并且其中所述夹带器件(25)被安排成在与所述流动方向(P)相同的方向上夹带所述混合物通过所述馈送通道。

5.根据权利要求4所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述夹带元件啮合所述馈送通道的壁以划分供应区(28)和所述加工通道(21)之间的馈送通道中的混合物。

6.根据权利要求1所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述夹带元件(31)形成它们之间的在面向所述加工通道(21)的一侧打开的运输支架。

7.根据权利要求6所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述输送器是无端、平的输送带(5)，并且其中所述夹带元件(31)包括从所述输送带(5)的输送面延伸的直立部。

8.根据权利要求7所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述直立部包括跨所述输送带(5)的所述输送面横向延伸的在移动方向上间隔开的格槽。

9.根据权利要求7所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述馈送通道被定义在所述分层器(4)和在所述加工通道(21)的顶部或底部的所述加工通道(21)的入口处的加工通道壁(23)之间。

10.根据权利要求9所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述输送器在流动方向(P)上沿着所述加工通道(21)的壁(23)延伸，并且其中所述夹带元件(31)啮合所述分层器(4)的壁。

11.根据权利要求1所述的磁密度分离机(20)，其特征在于，所述加工通道(21)包括出口区，所述出口区包括在流动方向上延伸的至少一个分隔壁，其被安排成使得在使用期间所述磁性工艺液被分成其中所述颗粒具有相互不同的平均密度的分离的液体流。

12.磁密度分离方法，其特征在于，向包括具有不同密度的颗粒的磁性工艺液施加磁场，以建立所述磁性工艺液的切割密度并按照所述颗粒的密度使其分离，其中使用夹带器件(25)将磁性工艺液与要分离的颗粒的混合物结合到所述磁性工艺液的分层流。

13.根据权利要求12所述的磁密度分离方法，其特征在于，所述夹带器件(25)伴随着所述分层流而移动。

14.根据权利要求12或13所述的磁密度分离方法，其特征在于，所述夹带器件(25)将来自其中磁性工艺液和颗粒在湍流中相互混合的供应区(28)的混合物馈送到划分流中的分层流。

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