DE4222870A1

DE4222870A1 - Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln

Info

Publication number: DE4222870A1
Application number: DE19924222870
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Gellert; Andreas Kwetkus
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1992-07-11
Filing date: 1992-07-11
Publication date: 1994-01-13

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufladung von Partikeln durch Hindurchleiten eines Partikelstroms durch einen Reibungsauflader.

Technologischer Hintergrund und Stand der Technik

Bei der elektrostatischen Separation von Partikeln, z. B. Koh leteilchen, werden in einem Reibungsauflader (TRIBO-Auflader) fein gemahlene Kügelchen durch Stöße an Festkörpern, z. B. Wänden, aufgeladen. Reibungsauflader dieser Art sind bei spielsweise im Prospekt "ESB Elektrostaik-Automatik-Pulverbe schichtungs-Systeme", Seite 13, der Firma ESB, Meersburg (BRD), undatiert, beschrieben. Diese Aufladung hängt stark von den dielektrischen Eigenschaften der Partikel ab. Ein guter Isolator wird dabei anders als ein schlechter aufgeladen, so daß man das gute Isolatormaterial vom schlechten in einem elektrischen Feld trennen kann.

Bei der Behandlung von Kohlestaub können die aschebildenden und schwefelhaltigen Bestandteile durch unterschiedliche elek trische Aufladungen (mit gegensinniger Polarität) abgetrennt werden.

Die Reibungsaufladung und nachfolgende elektrostatische Tren nung spielt aber auch bei anderen Verfahren eine Rolle, bei denen Partikel appliziert oder entfernt werden sollen. So bie ten sich elektrostatische Separationsverfahren bei der Gewin nung von Kunststoff-Fraktionen aus gemischten Plastikabfällen an. Die Fraktionen können dann einem Recyclingprozeß zuge führt werden.

Auch bei der Auftragung von Pulverlacken auf Automobilkarossen und dergl. können elektrostatische Applikationsverfahren ange wandt werden. Zur Zeit können nur sehr spezielle Pulver tribo elektrisch appliziert werden, weil sich manche Pulver nicht aufladen lassen. Ebenso ist ein Farb- (sprich: Pulver-)Wechsel nicht ohne weiteres möglich. Um neuartige Pulver mit anderen dielektrischen Eigenschaften aufladen zu können oder raschen Farbwechsel zu ermöglichen, wäre eine Aufladung sowohl von po sitiver wie auch negativer Polarität wünschenswert. Die der zeit bekannten Auflader arbeiten jedoch nur mit einer Polari tät.

Kurze Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Sepa ration von Partikeln anzugeben, bei welchem eine möglichst vollständige Trennung der Fraktionen erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Partikel strom durch einen ersten Reibungsauflader geleitet wird, in welchem ein Teil der Partikel negativ aufgeladen und an schließend von den nicht aufgeladenen separiert und ausgetra gen wird, daß der Partikelstrom danach einem zweiten Rei bungsauflader zugeführt wird, in welchem die verbliebenen Par tikel weitgehend positiv aufgeladen und anschließend eben falls von den nicht aufgeladenen Partikeln separiert und aus getragen werden.

Als Reibungsauflader kommen hierbei bevorzugt solche zur Ver wendung, bei denen die Aufladung der Partikel durch ein elek trisches Feld unterstützt wird und die aufgeladenen Partikel nach Verlassen des Reibungsaufladers durch Einwirken des elek trischen Feldes umgekehrter Polarität von noch ungeladenen se pariert werden, einem feldunterstütztem Reibungsauflader, wie er Gegenstand der Europäischen Patentanmeldung 91104306.5 vom 20.3.1991 ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Abtrennung aschebildender und schwefelhaltiger Bestandteile in pulverisierter Kohle, zur Kunstoffseparation und bei tribo elektrisch applizierten Pulverbeschichtungen.

Vorteilhaft ist es, dabei einen Zusatzluftstrom außerhalb des Reibungsaufladers zu führen, der erst nach der Reibungsaufla dung auf die geladenen Partikel einwirkt.

Als "aktives" Material für den ersten Reibungsauflader kommen insbesondere Legierungen von Metallen mit seltenen Erden (La, Ce) oder mit seltenen Erden beschichtete Metallteile in Frage. Die niedrige Austrittsarbeit der seltenen Erden gewähr leistet eine hohe negative Aufladung der Partikel.

Als "aktives" Material für den zweiten Reibungsauflader kommt insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) in Frage. Weil die ses Material aufgrund seines hohen Oberflächenwiderstandes den Abfluß der Ladungen erschwert, wird erfindungsgemäß dem Par tikelstrom, der dem zweiten Reibungsauflader zugeführt wird, ein positiv ionisiertes Gas, z. B. Stickstoff, zugeführt. Die Ionisierung des Gasstromes kann z. B. eine radioaktive Strah lung oder durch eine Koronaentladung erfolgen. Die positiv ge ladenen (Stickstoff-)Ionen sorgen dafür, daß negative Über schußladungen von der PTFE-Oberfläche abgeführt werden, so daß stets eine elektrisch neutrale Oberfläche zur Kontakt aufladung der Partikeln zur Verfügung steht.

Als optionale Maßnahme ist weiterhin vorgesehen, nach der Se parierung der positiv geladenen Partikeln die den zweiten Rei bungsauflader verlassenden nicht (positiv) aufgeladenen Parti kel in den Gesamtprozeß zurückzuführen, also dem ersten oder dem zweiten Reibungsauflader zuzuführen.

Die Erfindung sowie weitere mit ihr erzielbare Vorteile werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiels näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In der Zeichnung ist in schematisierter Form das Verfahren zur elektrostatischen Separation von Partikeln dargestellt, dabei zeigt

Fig. 1 Flußdiagramm zur zweistufigen Aufladung von Parti keln;

Fig. 2 einen vereinfachten Längsschnitt die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit zwei in Serie ge schalteten feldunterstützten Reibungsaufladern.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 wird ein aus ungeladenen Partikeln bestehender Partikelstrom P einem ersten Reibungsauflader R⁻ zugeführt. Ein Teil der Partikel wird darin negativ aufgeladen, von den nicht geladenen separiert und ausgetragen (Partikelteilstrom P⁻). Der verbleibende Partikelstrom wird mit positiv ionisier tem Gas, z. B. Stickstoff N⁺ aus einem Stickstoff-Reservoir N, der in einer Ionisierungskammer I positiv ionisiert wurde, vermischt und einem zweiten Reibungsauflader R⁺ zugeführt. In diesem zweiten Reibungsauflader werden die Partikel positiv aufgeladen, separiert und ausgetragen (Partikelteilstrom P⁺). Ungeladene Partikel Pⁿ werden zurück zum Eingang des ersten Reibungsauflader R⁻ geleitet. Optional können diese Partikel auch dem zweiten Reibungsauflader R⁺ zugeführt werden.

Der schematische Aufbau der beiden in Serie geschalteten Rei bungsauflader R⁻ und R⁺ geht aus Fig. 2 hervor. Wie bereits oben ausgeführt, unterscheiden sich beide Reibungsauflader im wesentlichen nur in der Zusammensetzung des reibungsaktiven Wandmaterials.

In einem auf Erdpotential liegenden ersten Rohr 1 ist eine in Rohrlängsrichtung verlaufende erste Elektrode 2 angeordnet, die gegenüber Erdpotential Negativ-Potential aufweist. Am un teren Ende des Rohres 1 schließt sich ein siebartiger Ansatz 3 an, der ein trichterförmiges Ende 4 mit einer Austrittsöff nung 5 aufweist. Die erste Elektrode 2 ragt bis in das trich terförmige Ende 4 des Ansatzes 3 hinein. Dieser Ansatz 3 be steht normalerweise aus Metall und liegt auf Massepotential. Er kann aber auch aus einem dielektrischen Material bestehen. Damit sich keine zu großen Oberflächenaufladungen bilden und das Feld zu stark verzerrt würde, müßten Teilbereiche des siebartigen Ansatzes 3 jedoch metallisiert sein, z. B. strei fenförmig von oben nach unten.

Ein zweites Rohr 6 umgibt unter Belassung eines Ringspaltes 7 koaxial den siebförmigen Ansatz 3 und dient als zweite, auf Positiv-Potential liegende zweite Elektrode. Durch diesen Ringspalt 7 ist ein durch Pfeile symbolisierter Gasstrom 8 in den Ringraum 7 einleitbar.

Unter der Austrittsöffnung 5 ist ein Auffangtrichter 9 vorge sehen. Am unteren Ende des zweiten Rohres 6 und innerhalb des selben ist eine rotationssymmetrische Leiteinrichtung 10 ange ordnet.

Das erste Rohr 1 besteht aus einem für optimale negative Rei bungsaufladung geeigneten Material. In Frage kommen dabei besonders Legierungen von Metallen mit seltenen Erden, wie Lanthan, Cer, Cer-Eisen, oder mit seltenen Erden beschichtete oder bedampfte Metallteile. Besonders vorteilhaft ist es, in das Rohr 1 einen Einsatz 11 aus einem derartigen Material ein zusetzen. Im Beispielsfall besteht der Einsatz 11 aus einem spiralig gewundenen Metallband, das überall an der Innenwand des Rohres 1 anliegt und auswechselbar ist. Anstelle eines an der Innenwand des Rohres 1 anliegenden und diese vollständig bedeckenden Einsatzes mit glatter Oberfläche kann auch ein spiraliger Einsatz mit voneinander distanzierten Windungen und damit vergrößerter Oberfläche aus dem genannten speziellen Ma terial verwendet werden, wie er in der eingangs genannten Europäischen Patentanmeldung 91104306.5 in Fig. 2 beschrieben ist. Auch die Verwendung eines von der Rohrwand distanzierten spiraligen Einsatz gemäß Fig. 3 der zitierten Patentanmeldung ist möglich.

Die Wirkungsweise des im vorstehenden beschriebenen Einrich tung zur negativen Aufladung von Partikeln geht aus folgendem hervor:

Das die zu trennenden Partikel enthaltende Gemenge wird am oberen Ende des Rohres 1 in Pfeilrichtung zugeführt. Die Partikel werden durch Kontakt mit den Rohrwänden negativ auf geladen. Die niedrige Austrittsarbeit der seltenen Erden ge währleistet eine hohe negative Aufladung der Partikel. Das Feld dient zum beschleunigten Austrag am Ende des Triboauf laders (Rohr 1). Durch einmaligen Stoß mit der Wand aufgela dene Partikel werden zusätzlich vom elektrischen Feld ver stärkt zur Wand getrieben und unterlaufen Mehrfachstößen, was speziell im Fall von isolierenden Teilchen zu höherer Aufla dung führt. Die dabei angewandten Feldstärken sollen so hoch wie möglich sein und liegen im Bereich von einigen kV/cm bis einige 10 kV/cm. Die so aufgeladenen Teilchen werden im sieb förmigen Ansatz unter Einfluß des zwischen der Innenelektro den 1 und Außenelektrode 6 wirkenden Feldes zur (positiven) Außenelektrode 6 abgelenkt und durch die Maschen 12 des sieb artigen Ansatzes 3 befördert. Vor dem Erreichen der positiven Elektrode (Rohr 6) werden die Teilchen durch den äußeren Gas strom 8 mit geeigneter Strömungsgeschwindigkeit mitgerissen und ausgetragen. Negativ geladene Teilchen, welche die posi tive Elektrode erreichen, verlieren ihre Ladung, können durch geeignete Vorrichtungen, z. B. Klopfvorrichtungen, Bürsten o. ä., von der Elektrode entfernt und dem Auflader erneut zuge führt werden.

Partikel, die im Auflader nicht oder nur wenig Aufladung er halten haben, gelangen durch den unteren Teil des trichterför migen Endes 4 in den Auffangtrichter 9. Von dort aus werden sie in den zweiten Reibungsauflader R⁺ überführt. Dieser ent spricht in seinem grundsätzlichem Aufbau dem Aufbau des ersten Reibungsauflader R⁻, mit folgenden Abweichungen: Der Einsatz 11 besteht aus einem Material, das eine hohe positive Aufla dung der Partikeln verursacht. Als Material kommt hierbei ins besondere Polytetrafluorethylen in Frage. Des weiteren sind die Polaritäten der Spannungsquellen 13 gegenüber denjenigen des ersten Reibungsaufladers R⁻ vertauscht, d. h. die erste Elektrode 2 liegt auf positivem Potential, die zweite Elek trode, das Rohr 6, liegt auf negativem Potential.

Die Zufuhr positiv ionisierten Gases erfolgt durch eine Gas einleitvorrichtung 14 im Innenraum der Leitvorrichtung 10, am Ausgang des ersten Reibungsaufladers R⁻, die in ihrer Geo metrie dem Eingang des Rohres 1 des zweiten Reibungsaufladers R⁺ angepaßt ist.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand einer koaxialen Anord nung von Innenrohr 1, Innenelektrode 2 und Außenelektrode (zweites Rohr 6) erläutert. Daneben sind auch Plattenanordnun gen denkbar. Die koaxiale Anordnung hat jedoch den Vorteil, ein besonders homogenes Feld (ohne Randverluste) aufzuweisen.

Bezeichnungsliste

1 erstes Rohr
2 Innenelektrode
3 siebartiger Ansatz
4 trichterförmiges Ende von 3
5 Austrittsöffnung an 4
6 zweites Rohr (Außenelektrode)
7 Ringspalt zwischen 3 und 6
8 Gasstrom
9 Auffangtrichter
10 Leiteinrichtung
11, 11a, 11b Einsatz in 1
12 Maschen von 3 bzw. 4
13 Gleichspannungsquellen
14 Gaseinleitvorrichtung
I Ionisationskammer
N Stickstoff-Reservoir
N⁺ positiv ionisierter Stickstoff
P ungeladene Partikel
P⁻ negativ geladene Partikel
P⁺ positiv geladene Partikel
Pⁿ rückgeführte Partikel
R⁻ erster Reibungsauflader
R⁺ zweiter Reibungsauflader

Claims

1. Verfahren zur elektrostatischen Aufladung von Partikeln durch Hindurchleiten eines Partikelstroms durch einen Reibungsauflader und nachfolgende Separation und Austra gung der Partikel, dadurch gekennzeichnet, daß der Par tikelstrom durch einen ersten Reibungsauflader (R⁻) ge leitet wird, in welchem ein Teil der Partikel negativ aufgeladen und anschließend von den nicht aufgeladenen separiert und ausgetragen wird, daß der Partikelstrom danach einem zweiten Reibungsauflader (R⁺) zugeführt wird, in welchem die verbliebenen Partikel weitgehend po sitiv aufgeladen werden anschließend ebenfalls von den nicht aufgeladenen separiert und ausgetragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Reibungsauflader (R⁻) als reibungsaufladungs aktives Material eine Legierung von Metall mit seltenen Erden, vorzugsweise La und/oder Ce, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Reibungsauflader (R⁺) als reibungsaufla dungsaktives Material ein Kunststoff, vorzugsweise Poly tetrafluorethylen, verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der dem zweiten Reibungsauflader (R⁺) zugeführte Partikelstrom vorgängig mit einem positiv ionisierten Gas, vorzugsweise Stickstoff, vermischt wird zur Abfuhr von Überschußladungen auf dem reibungsaufla dungsaktivem Material des zweiten Reibungsaufladers (R⁺).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Aufladung der Partikel im ersten (R⁻) und/oder im zweiten Reibungsauflader (R⁺) durch ein elektrisches Feld unterstützt wird und die aufgeladenen Partikel nach Verlassen des Reibungsaufladers durch Ein wirken eines elektrischen Feldes umgekehrter Polarität von noch ungeladenen separiert werden.