DE19648373C1 - Elektrostatische Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Freifallscheider zur Trennung von Stoffgemischen, z. B. zur Trennung mineralischer Rohstoffe oder auch zur Tren­ nung von Kunststoffgemischen.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Freifallscheider bekannt, die alle nach dem gleichen Prinzip arbeiten. Die zu trennenden Partikel werden auf triboelektrischem Wege selektiv gegensinnig aufgeladen und fallen durch einen Trennraum, der durch ein Elektrodenpaar begrenzt wird, dessen Elektroden durch Anlegen einer Gleichspannung gegensätzliche elektrische Polarität auf­ weisen. Dabei können die Elektroden als Platten, umlaufende Bänder oder auch als Reihe feststehender oder drehbar gelagerter Röhren ausgebildet sein. Durch die entsprechend der Ladung erfolgende Auslenkung der Teilchen werden in der Regel drei Produkte erhalten, ein negativ aufgeladenes Gut, ein positiv aufgela­ denes Gut und ein Mittelgut. Durch am Ende der Fallstrecke angebrachte Trenn­ zungen kann die Qualität der Produkte gesteuert werden. Ein Scheider, der nach dem bekannten Prinzip arbeitet, ist in Schubert, Aufbereitung fester mine­ ralischer Rohstoffe, Band 11, S. 2331234, Leipzig 1967, beschrieben. Nach der DE 26 09 048 C1 ist bekannt, als Elektroden umlaufende Bänder aus leitfähigem Material zu verwenden. Ein Röhrenfreifallscheider zur Trennung von Kunststoff­ gemengen ist Stand der Technik nach der DE 44 38 704 C1. Zur Verbesserung der Reinheit der Trennprodukte werden hiernach die an sich bekannten Röhren versetzt angeordnet, so daß sie auf Lücke zueinander stehen. Die Selektivität der Trennung kann dadurch verbessert werden.

Bei der elektrostatischen Trennung reicht normalerweise ein einziger Scheider nicht aus, um selektiv in zwei Komponenten mit zufriedenstellender Reinheit zu trennen. Es ist erforderlich, die Produkte in zwei- oder mehrstufigen Anlagen nachzutrennen. Es sind große Förderwege zwischen den Stufen zu überwinden, der Platzbedarf ist beträchtlich, und die Investitionskosten steigen mit zuneh­ mender Stufenzahl. Ein Nachteil solcher mehrstufigen Anlagen, die in der Regel zwei und in speziellen Fällen auch drei oder mehr Scheider umfassen können besteht darin, daß horizontale Förderorgane, z. B. Schnecken, Kettenförderer erforderlich werden, um Zwischenfraktionen wechselseitig von einem Scheider zum anderen befördern zu können. Bei einer Anlage mit zwei Scheidern sind zwei solcher Horizontalförderer erforderlich. Durch die Horizontalförderer wird die Menge an umlaufendem Fördergut beträchtlich erhöht. Dies ist mit zwei wesentlichen Nachteilen verbunden. Zum einen erhöht sich die Verweilzeit des Gutes in der Anlage, was zu einer erhöhten Entladung der aufgeladenen Teil­ chen führen kann. Die Entladung kann durch Ladungsaustausch zwischen den aufgeladenen Teilchen erfolgen, aber auch durch Kontakt der Teilchen mit den Wandmaterialien der Fördergerätegehäuse. Der andere Nachteil der erhöhten Umlaufmenge besteht darin, das sich die Einstellung der Trenngleichgewichte verzögert.

Es ist daher die Aufgabe zu lösen, den gattungsgemäßen Freifall­ scheider zur elektrostatischen Trennung so weiterzubilden, daß der Raumbedarf bei gleicher oder höherer Trennleistung sinkt und ein stabiler Betriebszustand schneller erreicht wird.

Die Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden ihr elektrisches Potential über zwei separate Spannungsquellen unterschiedlicher Polarität erhalten. Die eine Spannungsquelle liefert eine positive Spannung gegen das Potential Erde und die andere eine negative Spannung gegen das Potential Erde, wodurch in der Scheidermitte die Potentialdifferenz gegen Erde Null ist. Der große Vorteil dieser Anordnung liegt nun darin, daß bei vorgegebe­ ner Feldstärke im Trennraum und bei den gegebenen Abmessungen die Feld­ stärke zwischen Elektroden und Gehäuse auf den halben Wert absinkt, z. B. von dem nach der DIN-Norm maximal zulässigen Wert von 2 KV/cm auf nur noch 1 KV/cm. Durch die erfindungsgemäße Spannungsaufteilung wird somit eine Hal­ bierung der Sicherheitsabstände zwischen Elektroden und Gehäuse bei anson­ sten gleicher Trennleistung möglich. Allein dadurch läßt sich bei einem einzelnen Scheider das Scheiderbauvolumen zum Beispiel für einen Durchsatz von 1 t/h von 8,6 auf 3,8 m³ reduzieren.

Alternativ läßt sich statt der Reduzierung der Gehäuseabstände auch die Feld­ stärke im Trennraum erhöhen, ohne gleichzeitig die Abstände zum Gehäuse hin erhöhen zu müssen. Da durch die höhere Feldstärke die Teilchen im Feld bes­ ser ausgelenkt werden, kann die Fallhöhe vermindert und damit Bauhöhe einge­ spart werden, oder es kann bei vorgegebenen Abmessungen auch gröberes Granulat getrennt werden. Bei vorgegebener Oberflächenladungsdichte ist nämlich bei einem kugelförmigen Teilchen mit dem Radius r die Auslenkung im elektrischen Feld bei konstanter Feldstärke umgekehrt proportional dem Radius des Teilchens, d. h. bei einer Verdoppelung des Teilchenradius verringert sich die Auslenkung auf die Hälfte. Dies wiederum läßt sich, soweit es die Span­ nungsfestigkeit des Scheiders zuläßt, durch eine Verdoppelung der Feldstärke kompensieren. Bei vorgegebenen Maßen eines Scheiders wird daher durch die Spannungsaufteilung die Auftrennung gröberen Granulats ermöglicht. Dies ist vor allem interessant, bei der Auftrennung von Kunststoffgranulat im Rahmen des Recyclings von Kunststoffen.

Nach einer besonderen Ausführung der Erfindung kann das Scheideranlagenvo­ lumen für eine Anlage mit zwei Trennstufen zusätzlich reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß zwei Trennräume in Reihe so angeordnet werden, daß die Elektrodenpaare, die jeweils einen Trennraum bilden, dicht nebeneinan­ der liegen und nur durch eine nichtleitende Wand voneinander getrennt sind. Dabei befinden sich die Elektroden gleicher Polarität jeweils in einer Flucht. Je­ der der Trennräume ist mit einem Trennraumeinlauf in üblicher Bauart und am unteren Ende der Fallstrecke mit den bekannten Gutausträgen für Mittelgut, positiv geladenes Gut und negativ geladenes Gut versehen. Dabei sind insge­ samt mindestens zwei Produktausläufe vorhanden. Je nach Trennaufgabe und geforderter Trennproduktqualität kann jeder der übrigen Gutausträge wahlweise mit einem der beiden Trennraumeinläufe über ein Förderaggregat verbunden werden. Die Förderung erfolgt zweckmäßigerweise pneumatisch über Förderge­ bläse oder über einen Elevator.

Nach dieser Ausführung läßt sich z. B. für einen Durchsatz von 1 t/h und zwei Trennstufen das Scheideranlagenvolumen von ca. 22 m³ auf 10 m³ senken.

Werden beim Bau einer Anlage mit zwei Scheidern und vorgegebener Korngrö­ ße eines zu trennenden Granulates beide Erfindungsmerkmale miteinander kombiniert, läßt sich im Falle einer 1 t/h Anlage eine Reduzierung des Scheider­ anlagenvolumens von ca. 22 m³ auf ca. 6 m³ realisieren. Dies entspricht nahezu nur noch einem Viertel des Volumens der Anlage nach dem Stande der Technik. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zwei Horizontalförderorga­ ne eingespart werden.

Die erfindungsgemäße technische Lösung wird nachfolgend anhand einer Trennvorrichtung mit zwei Trennstufen näher beschrieben. Dabei zeigen die

Fig. 1 Frontansicht,

Fig. 2 Seitenansicht,

Fig. 3 Querschnitt in Höhe der Elektroden,

Fig. 4 Querschnitt durch den Auslaufbereich anhand einer Schaltung mit Vor- und Nachtrennung, Mittelgutrückführung und Ausfuhr von zwei Endprodukten.

In dem Gehäuse 1 sind vier Reihen Röhrenelektroden, die zwei Elektrodenpaare 2a, 2b bilden, vertikal so angeordnet, daß sich die Elektroden gleicher Polarität in Flucht befinden. Die Elektrodenpaare sind durch eine elektrisch nicht leitende Wand 3 voneinander getrennt und liegen dicht nebeneinander. Es werden zwei durch die Wand 3 und die gegenüberliegenden Elektroden 2a, 2b begrenzte Trennräume gebildet, die über je einen Trennraumeinlauf 4a, 4b der jeweils als Schurre ausgebildet ist, beschickt werden. Über Wellen 5a, 5b wird die Stellung der Trennzungen 6a, 6b getrennt eingestellt. Die Trennprodukte positiv gelade­ nes Produkt, Mittelgut, negativ geladenes Produkt fallen in die unter der Trenn­ strecke angebrachten Gutausträge 7a, 7b, wobei mindestens zwei Produk­ tausträge vorhanden sind und die übrigen Gutausträge wahlweise mit einem der Förderaggregate 8a und 8b verbunden werden können. Die getrennten Span­ nungsquellen 9a und 9b werden zweckmäßigerweise in einem abgeschirmten Bereich der Elektroden angeschlossen.

Für die verschiedenen Trennaufgaben kann die Polung der Elektroden sowie die Verbindung der Gutausläufe (7a, 7b) mit den Trennraumeinläufen (4a, 4b) beliebig variiert werden, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile eintreten und ein wirtschaftlicher Trennerfolg erreicht wird.

Claims (6)

1. Elektrostatische Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische, bestehend aus in einem Gehäuse (1) senkrecht angeordne­ ten Elektroden gegensätzlicher Polarität, die ein Elektrodenpaar bilden, zwischen denen der Trennraum gebildet wird, einer Einlaufschurre, über die das zu trennende Gemisch im freien Fall in den Trennraum geführt wird sowie Auslaufvorrichtungen zur Ausfuhr der Trennprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Elektrode jeweils eine separate Spannungs­ quelle (9a, 9b) derart angeschlossen ist, daß die eine Quelle eine positive Spannung gegen das Potential Erde und die andere eine negative Spannung gegen das Potential Erde liefert und dadurch in Scheidermitte die Potential­ differenz gegen Erde gleich Null ist.

2. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net daß die Potentialdifferenz gegen Erde unabhängig vom Vorzeichen an beiden Elektroden gleich oder angenähert gleich ist und etwa je 20 000 bis 80 000 Volt beträgt, wodurch sich eine Gesamtpotentialdifferenz zwischen den Elektroden von 40 000 V bis 160 000 V ergibt.

3. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elektroden durch zwei dicht nebeneinander angeordnete Elek­ trodenpaare (2a, 2b) gebildet werden, die durch eine nichtleitende Wand (3) dergestalt voneinander getrennt sind, daß sich die Elektroden gleicher Polarität jeweils in einer Flucht befinden und dadurch zwei Trennräume bilden, die mit je einem Mittelgutauslauf und je einem Auslauf für das positiv bzw. negativ geladene Gut ausgestattet sind, wobei mindestens zwei Produktausläufe vorhanden sind und die übrigen Gutausläufe (7a, 7b) über ein Förderaggregat (8a, 8b) wahlweise mit einem der beiden Trennraumein­ läufe (4a, 4b) verbunden sind.

4. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektroden als Plattenelektroden, statische Röhrenelektro­ den, rotierende Röhrenelektroden oder als umlaufende Bänder ausgebildet sind.

5. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net daß das Förderaggregat zwischen den Gutausläufen (7a, 7b) und den Trennraumeinläufen (4a, 4b) z. B. ein Elevator oder ein pneumatisch wirken­ des Förderorgan ist.

6. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich unmittelbar vor dem Trennraumeinlauf (4a, 4b) eine Aufladevorrichtung befindet.