DE3703444C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung der in einem vorzugsweise flüssigen Strömungsmittel vorhandenen elektrisch geladenen Par­ tikel vom Strömungsmittel und zur Abscheidung der Partikel mittels eines elektrischen und mittels eines magnetischen Feldes, durch welches das Strömungsmittel mit den elektrisch geladenen Partikeln hindurchbewegt wird. Zur Reinigung von Abwässern, zur Rückgewinnung von Metallen aus flüssigen oder gasförmigen Strömungsmitteln werden beispielsweise Vorrichtungen angewandt, bei welchen die im Strömungsmittel vorhandenen Partikel dadurch elektrisch aufgeladen werden, daß sie während der Bewegung im Strömungsmittel aneinander und an den Strömungsmittelpartikeln reiben. Selbstverständ­ lich können die Partikel auch durch andere physikalische Einflüsse elektrisch geladen werden. Die Trennung der im Strömungsmittel vorhandenen elektrisch geladenen Partikel vom Strömungsmittel kann unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes erfolgen, durch welches das Strömungsmittel hindurchge­ leitet wird. Dabei werden die elektrisch geladenen Partikel je nach ihrer Polarität entweder an die positiv oder an die negativ geladene Elektrode angezogen. Die Anziehung der elek­ trisch geladenen Partikel ist dabei nicht nur von der Feld­ stärke des elektrischen Feldes abhängig, sondern auch von der Strömungsgeschwindigkeit des Strömungsmittels und damit der mit dem Strömungsmittel transportierten elektrisch geladenen Partikel. Eine Trennung der negativ geladenen Partikel unter­ einander bzw. eine Trennung der positiv geladenen Partikel untereinander erfolgt nicht, so daß eine getrennte Rückge­ winnung der einzelnen Elemente der elektrisch geladenen Par­ tikel kaum möglich ist.

Aus der Druckschrift der Gesellschaft Deutscher Metallhütten- und Bergleute, Clausthal-Zellerfeld, Internationaler Kongress für Erzaufbereitung, 8.-11. 5. 1955, Dr. A. Stieler: Aus der Praxis der elektrostatischen Aufbereitung, Seiten 1-9, ist auf Seite 7 beispielsweise die Aufspaltung von Zinn-Wolfram- Mischkonzentraten beschrieben. Bei dieser Aufspaltung kommt sowohl ein elektrostatisches Feld als auch ein Magnetfeld zur Anwendung, um auf anderem Wege nicht oder nur unwirtschaft­ lich aufbereitbare Produkte aufzuspalten.

Die GB-PS 13 49 995 beschreibt eine Partikeltrennvorrichtung, bei der ebenfalls ein elektrisches Feld und ein Magneteld kombiniert sind. Bei dieser Vorrichtung sind die Elektroden zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes als konzentrische Ringe ausgebildet, die am Boden eines Gehäuses zu einer Ein­ laßöffnung der Vorrichtung konzentrisch vorgesehen sind. Die Magneteinrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes weist bei dieser bekannten Vorrichtung zwei Kerne auf, die von einer Erregerspule umgeben sind. Die Kerne mit den Erreger­ spulen sind außerhalb des Gehäuses dieser Vorrichtung vor­ gesehen. Diese Vorrichtung ist nicht dazu bestimmt, mit einem Strömungsmittel beförderte Partikel vom Strömungsmittel zu trennen und in der Vorrichtung abzuscheiden, sondern dazu, in die Vorrichtung einen Partikelstrom einzuleiten und in der Vorrichtung die unterschiedlichen Partikel voneinander zu tren­ nen. Das in die Vorrichtung eintretende Partikelgemisch bildet dort ein elektrisch leitendes Gas, wie auf Seite 2, Zeilen 114- 116 der GB-PS 13 49 995 beschrieben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine selektive Trennung der in einem vorzugsweise flüssigen Strömungs­ mittel vorhandenen geladenen Partikel möglich ist, wobei die ver­ schiedenen Partikel in der Vorrichtung an voneinander getrennten Stellen aus dem Strömungsmittel ausgeschieden werden und rückge­ winnbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst.

Die Elektroden können außerhalb der Durchströmeinrichtung angeord­ net sein, damit sie vom Strömungsmittel nicht angegriffen werden. In diesem Fall ist die Durchströmeinrichtung aus einem Material, durch welches das elektrische Feld nicht abgeschirmt wird. Wenn das gas­ förmige oder vorzugsweise flüssige Strömungsmittel keine aggressiven Bestandteile aufweist, ist es möglich, die Elektroden im Inneren der Durchströmeinrichtung anzuordnen. Die Durchströmeinrichtung kann rohr­ förmig, zylinderförmig, prismatisch oder beliebig anders ausgebildet sein.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die Magneteinrichtung als Spule ausgebildet ist, die zur Durchströmeinrichtung koaxial angeordnet ist. Eine derartige Spule ist auf der Durchströmein­ richtung einfach und platzsparend anordenbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Magneteinrichtung zwei Spulen auf, die ineinander angeordnet sind. Dabei ist die äußere Spule vor­ zugsweise an einem Außenrohr angeordnet, das in seiner Man­ telfläche Ausnehmungen aufweist, ist die innere Spule vorzugs­ weise an einem Innenrohr angeordnet, das zum Außenrohr konzentrisch angeordnet ist, und sind das Außenrohr und das Innenrohr vorzugsweise in einem Gehäuse stehend ange­ ordnet, wobei das einen Überlauf bildende Innenrohr mit einer Abflußleitung und das Außenrohr mit einer Zufluß­ leitung verbunden ist. Eine solche Vorrichtung kann zum selektiven Trennen unterschiedlicher in einem vorzugsweise flüssigen Strömungsmittel vorhandener elektrisch geladener Partikel verwendet werden, wobei der Platzbedarf für die Vorrichtung relativ gering ist.

Die Ausnehmungen im Außenrohr einer Vorrichtung der erfin­ dungsgemäßen Art können mit einem Filterelement bedeckt sein. Bei diesem Filterelement kann es sich beispielsweise um ein Filtertuch handeln.

Die Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes sind vorzugsweise radial außerhalb des Außenrohres angeordnet. Auf diese Weise beeinträchtigen die einzelnen Windungen der Spule, die vorzugsweise voneinander einen bestimmten Abstand aufweisen, das zwischen den Elektroden vorhandene elektrische Feld nur geringfügig.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mehrere Durchströmeinrichtungen stehend nebeneinander angeordnet sein, wobei die Abflußleitung eines Innenrohres mit der Zuflußleitung der benachbarten Durchströmeinrichtung ver­ bunden ist. Auf diese Weise ergibt sich eine mehrstufige Kaskade, mit welcher es möglich ist, eine Vielzahl unter­ schiedlicher chemischer Elemente aus dem die Vorrichtung durchströmenden flüssigen Strömungsmittel zu entfernen und die unterschiedlichen chemischen Elemente in den verschie­ denen Durchströmeinrichtungen auszuscheiden. Damit ist es möglich, verschiedene chemische Elemente in chemisch reiner Form zurückzugewinnen. Erfindungsgemäß ist es nicht nur möglich, die chemischen Elemente zurückzugewinnen, sondern durch geeignete Wahl der elektrischen Feldstärke und der magnetischen Feldstärke auch Verbindungen von Elementen in chemisch reiner Form zu gewinnen. So ist es beispielsweise möglich, Aluminiumoxid oder Berylliumoxid in chemisch reiner Form zu gewinnen, wobei diese Oxide in Form eines feinen Pulvers ausfallen.

Zwischen benachbarten Durchströmeinrichtungen kann eine Diaphragma-Wand vorgesehen sein. Bei einer solchen Ausbil­ dung der Vorrichtung ist es möglich, daß bestimmte chemi­ sche Elemente unter Umgehung des normalen Strömungspfades, d. h. unter Umgehung der Zufluß- und Abflußleitung benach­ barter Durchströmeinrichtungen unmittelbar durch die Dia­ phragma-Wand hindurchtransportiert werden.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß die äußere Spule einen Materialquerschnitt aufweist, der vom Materialquer­ schnitt für die innere Spule verschieden ist. Auf diese Weise ist es möglich, die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit vom Drahtquerschnitt der Spulen wunschgemäß einzustellen, wodurch die Wanderung der elektrisch geladenen Partikel entweder wunschgemäß beschleunigt oder abgebremst wird. Auch dadurch ist eine weitere Verbesserung der Selektionen der verschie­ denen elektrisch geladenen chemischen Elemente möglich.

Erfindungsgemäß ergibt sich somit der Vorteil, daß die durch das elektrische Feld bedingte Wandergeschwindigkeit der elektrisch geladenen Partikel durch das zusätzlich zum elektrischen Feld wirksam werdende Magnetfeld vergrößert oder wahlweise verkleinert werden kann, so daß die einzel­ nen Partikel aus unterschiedlichen chemischen Elementen bzw. Zusammensetzungen wunschgemäß durch das Strömungsmittel hindurchgelenkt und an einem gewünschten Ort vom Strömungs­ mittel getrennt werden können.

Es wurde festgestellt, daß eine Anzahl chemischer Elemente paramagnetische Eigenschaften besitzen, und daß andere chemische Elemente diamagnetische Eigenschaften aufweisen. In Versuchen hat sich ergeben, daß z. B. Al, Fe, Ni, Pd oder Pt paramagnetische Eigenschaften besitzen, während z. B. Ag, Au, Cu, Cd, Pb und Zn diamagnetische Eigenschaften besitzen. Infolge dieser magnetischen Eigenschaften der elektrisch geladenen Partikel ist es möglich, die Kraftwir­ kung des elektrischen Feldes wahlweise zu verstärken, zu schwächen, oder zu eliminieren, so daß elektrsich geladene Partikel gleicher Polarität, die sonst mit der gleichen elektromagnetischen Kraft an eine der Elektroden angezogen würden, infolge ihrer unterschiedlichen magnetischen Eigen­ schaften voneinander räumlich getrennt und somit an verschie­ denen Stellen aus dem Strömungsmittel ausgeschieden werden. Damit ergibt sich eine selektive Trennung der einzelnen elektrisch geladenen Partikel des Strömungsmittels, wobei die einzelnen chemischen Elemente an verschiedenen Stellen abgeschieden und rückgewonnen werden. Bei dem Strömungs­ mittel handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit, beispielsweise um ein mit auszuscheidenden Partikeln be­ frachtetes Abwasser.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nach­ folgend beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine zwei Durchströmein­ richtungen aufweisende Vorrichtung entlang der Schnittlinie I-I aus Fig. 2, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittline II-II.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Gehäuse 10, durch das zwei Durchströmeinrichtungen 12 und 14 bestimmt sind. Zwischen den beiden Durchströmeinrichtungen 12 und 14 ist eine Wand 16 mit einem Diaphragma 18 angeordnet. Die Durchströmeinrichtung 12 weist ein Innenrohr 20 und ein das Innenrohr 20 koaxial umgebendes Außenrohr 22 auf. Das Außenmrohr 22 ist dicht zwischen dem Boden 24 und dem Deckel 26 der Durchströmeinrichtung 12 angeordnet. Das Außenrohr 22 weist in seinem mittleren Bereich Aus­ nehmungen 28 auf, durch welche der Innenraum 30 zwischen dem Innenrohr 20 und dem Außenrohr 22 mit einem das Außenrohr 22 umgebenden Sammelraum 32 fluidisch verbun­ den ist. An der Innenwand des Außenrohres 22 liegt ein Korb 34 aus einem Streckmetall an, dessen Korbboden mit der Bezugsziffer 36 bezeichnet ist. Auf der Außen­ seite des Außenrohres 22 ist ein Filterelement 38 ange­ ordnet, das die Ausnehmungen 28 des Außenrohres 22 bedeckt. Dieses Filterelement 38 ist als Filtertuch ausgebildet. Mit der Bezugsziffer 40 ist eine äußere Spule bezeichnet, welche die Filtereinrichtung und damit das Außenrohr 22 umgibt. Die einzelnen Windungen der äußeren Spule 40 weisen voneinander einen bestimmten Abstand auf, so daß das zwischen den Elektroden 42 und 44 der Durchströmeinrichtung 12 vorhandene elektrische Feld durch die äußere Spule 40 kaum beeinträchtigt wird. Die Elektroden 42 und 44 sind im das Außenrohr 22 umgebenden Sammelraum 32 angeordnet und mit (nicht darge­ stellten) Anschlüssen elektrisch leitend verbunden.

Eine innere Spule 46 umgibt das Innenrohr 20. Das Innen- und das Außenrohr 20 und 22 bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial. Das Innenrohr 20 ist als stehen­ der Überlauf ausgebildet. Es wird vom Außenrohr 22 mittels eines Abstandhalters 48 auf Abstand gehalten, der beispielsweise als Lochplatte aus einem Kunststoff­ material ausgebildet ist. Mit der Bezugsziffer 50 ist ein Deckelflansch bezeichnet, der mit einem Entgasungs­ ventil 52 ausgebildet ist. Ein weiteres Entgasungsventil 52 ist im Deckel 26 der Durchströmeinrichtung 12 ange­ ordnet.

Mit der Bezugsziffer 54 ist eine Zufuhrleitung für das Strömungsmittel bezeichnet, die durch den Boden 24 in den Innenraum 30 der Durchströmeinrichtung 12 einmündet. Das Innenrohr 20 ist mit einer Abflußlei­ tung 56 verbunden, welche für die benachbarte Durchström­ einrichtung 14 die Zufuhrleitung bildet. Die Durchström­ einrichtung 14 ist genau gleich aufgebaut wie die Durch­ strömeinrichtung 12, so daß es sich erübrigt, auf die Einzelteile dieser Durchströmeinrichtung 14 noch einmal detailliert einzugehen.

Bei geeigneter Spannung an den Elektroden 42 und 44 und bei passender Wahl des die äußere Spule 40 und die innere Spule 46 durchfließenden elektrischen Stro­ mes und bei geeigneter Strömungsgeschwindigkeit des durch die Zufuhrleitung 54 in die Vorrichtung eingelei­ teten Strömungsmittels wird im Sammelraum 32 der Durch­ strömeinrichtung 12 oben ein Anionenkonzentrat und unten ein Kationenkonzentrat abgeschieden, während im Außenraum 32 der Durchströmeinrichtung 14 unten ein Anionenkonzentrat und oben ein Kationenkonzentrat ab­ geschieden wird.

In Fig. 1 sind zylindrische Spulen dargestellt, die zur Durchströmungseinrichtung koaxial ausgerichtet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Spulen quer zur Durch­ strömungsrichtung anzuordnen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Trennung der in einem vorzugsweise flüssigen Strömungsmittel vorhandenen elektrisch geladenen Partikel vom Strömungs­ mittel und zur Abscheidung der Partikel mittels eines elektrischen und mittels eines magnetischen Feldes, durch welches das Strömungsmittel mit den elektrisch geladenen Partikeln hindurchbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchströmeinrichtung (12, 14) zum Durchlei­ ten des Strömungsmittels vorgesehen ist, deren Längs­ achse mit der Strömungsrichtung des Strömungsmittels fluchtet, daß Elektroden (42, 44) vorgesehen sind, die zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Inneren der Durchströmeinrichtung (12, 14) dienen und die zur Strö­ mungsrichtung des Strömungsmittels mindestens annähernd parallel ausgerichtet sind, und daß zur Erzeugung eines Magnetfeldes im Inneren der Durchströmeinrichtung (12, 14) eine Magneteinrichtung (40, 46) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneteinrichtung (40, 46) als Spule ausgebildet ist, die zur Durchströmeinrichtung (12, 14) koaxial angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Magneteinrichtung zwei Spulen (40, 46) auf­ weist, die ineinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Spule (40) an einem Außenrohr (22) an­ geordnet ist, das in seiner Mantelfläche Ausnehmungen (28) aufweist, daß die innere Spule (46) an einem Innen­ rohr (20) angeordnet ist, das zum Außenrohr (22) konzen­ trisch angeordnet ist, und daß das Außenrohr (22) und das Innenrohr (20) in einem Gehäuse (10) stehend angeord­ net sind, wobei das einen Überlauf bildende Innenrohr (20) mit einer Abflußleitung (56) und das Außenrohr (22) mit einer Zuflußleitung (54) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (28) im Außenrohr (22) mit einem Filterelement (38) bedeckt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (42, 44) radial außerhalb des Außenrohres (22) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Durchströmeinrichtungen (12, 14) stehend nebeneinander angeordnet sind, wobei die Abflußleitung (56) eines Innenrohres (20) einer Durchströmeinrichtung (12) mit der Zuflußleitung der benachbarten Durchströmeinrichtung (14) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Durchströmeinrichtungen (12, 14) eine Wand (16) mit einem Diaphragma (18) vor­ gesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Spule (40) einen Materialquerschnitt aufweist, der vom Ma­ terialquerschnitt für die innere Spule (46) verschieden ist.