DE962241C

DE962241C - Method and device for separating powder mixtures of different components

Info

Publication number: DE962241C
Application number: DEST8461A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Soyck
Original assignee: Steatit Magnesia AG
Current assignee: Steatit Magnesia AG
Priority date: 1954-07-17
Filing date: 1954-07-17
Publication date: 1957-04-18

Description

Es ist bekannt, Pulyergemieche, die verschiedene Bestandteile mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante enthäuten, mittels eines eiektri schein Feldes im die verschiedenen Bestandteile zu zerlegen·. Wenn nämlich die Teilchen in eine Flüssigkeit eingebracht werden, in der ein· unregelmäßiges elektrisches Feld hergestellt wird¹, so wandern die Teilchen, deren Dielektrizitätskonstante höher als die der Flüssigkeit ist, bekanntlich ito die Gebiete des Feldes mit großer Feldstärke; die Teilchen, deren Dielektrizitätskonstanitie kleiner ist als die der Flüssigkeit, im die Gebiete · mit geringer Feldstärke. Stehen· sich beispielsweise zwei Elektroden in Spitzenform mit verschiedenem Potential gegenüber, so wandlern die· Teilchen, deren, Dielektrizitätskonstante höher als die der Flüssigkeit ist, zu den Elektrodienspitzeni, während die Teilchen, deren Dielektrizitätskonstante niedriger ist, nicht dorthin gelangen bzw. zu Boden falten. Dieses Verfahren erlaubt immer nur die Trennung von zwei verschiedenen Substanzen und! muß mehrere Male mit verschiedenen Flüssigkeiten wiederholt werden, wenn dlas Pulver aus möhr als zwei Stoffen besteht. Hierzu ist es nötig, Flüssigkeiten! von den erforderlichen verschiedenen Dielektrizitätskonstanteti zu besitzen. Das Verfahren ist unbrauchbar, w.enn. zwei Stoffe mit verschiedener Dielektrizitätskonstante getrennt werden sollen, für die es eine geeignete Flüssigkeit, deren Dielektrizitätskonstante zwischen derjenigen beider Stoffe Hegt, nicht gibt.It is known to break down powdery chemicals, which skin various components with different dielectric constants, by means of an electric field in the various components. If the particles are placed in a liquid in which an irregular electric field is produced ¹ , the particles whose dielectric constant is higher than that of the liquid migrate, as is well known, in the areas of the field with great field strength; the particles, the dielectric constant of which is smaller than that of the liquid, in the areas with low field strength. If, for example, two electrodes in the form of tips with different potentials face each other, the particles whose dielectric constant is higher than that of the liquid convert to the electrode tips, while the particles whose dielectric constant is lower do not get there or fold to the bottom . This method only ever allows the separation of two different substances and! must be repeated several times with different liquids if the powder consists of more than two substances. For this it is necessary to have liquids! of having different dielectric constants required. The procedure is useless if. two substances with different dielectric constants are to be separated, for which there is no suitable liquid with a dielectric constant between that of the two substances.

Das Verfahren nach der Erfindung beseitigt die genannten Schwierigkeiten, indem die Elektroden einen senkrecht stehenden ZylinderkondensatorThe method according to the invention eliminates the aforementioned difficulties by removing the electrodes a vertical cylinder capacitor

bidden, dessen Medium eine Flüssigkeit ist, deren Dielektrizitätskonstante niedriger ist als die Dielektrizitätskonstanten der Bestandteile des Trenngutes, und daß letzteres innerhalb einer waagerechten Ringfläche aufgegeben wind, deren äußerer Durohmesser angenähert dem der Außenelektrode entspricht. (Die Flüssigkeit wird so gewählt, daß ihre Dielektrizitätskonstante kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante jedes der 'beiden Bestandteile. Beide Stoffe werden also in die Gebfete mit !hoher Feldstärke gedrängt.) Die Feldstärke ist radial gerichtet und nimmt vom äußeren Zylindermantel· zum inneren Zylindermantel bin zu. Teilchen, die in die Flüssigkeit eingebracht werden, erfahren also, wenn ihre Dielektrizitätskonstante höher als die der Flüssigkeit ist, eine Ablenkung nach der Innenelektrode zu, die neben der Schwerkraft wirksam ist, so daß sie in einer gekrümmten B'ahni von der Eintrittsstelle in die Flüssigkeit aus zur inneren Elektrode wandern. Die Kraftwirkung in radialer Richtung, mit der sie dorthin getrieben werden, hängt von der Dielektrizitätskonstante des Teilchens ab, ist also bei Stoffen mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante ebenfalls verschieden. Diese Kraftwirkung ist für kugelförmige, genügend kleine Teilchen, die al'so das Feld in ihrer Umgebung nicht merklich verändern, aus den bekannten Gleichungen für eine dieelektrische Kugel in einem gleichförmigen! Feld leicht abzuleiten!. Bekanntlich (vgl. Pohl, »Elektrizitätslehre«) ist die Feldstärke in einer, dielektrischen Kugel mit der Dielektrizitätskonstante ε₂ in· einem gleichförmigen Feld mit der ursprünglichen Feldstärke ^₀ und der DiefektrizitätsktMl·- stante S₁ sowie der Konstante K₁: bidden, the medium of which is a liquid, the dielectric constant of which is lower than the dielectric constant of the constituents of the material to be separated, and that the latter is abandoned within a horizontal annular surface whose outer durometer approximates that of the outer electrode. (The liquid is chosen in such a way that its dielectric constant is smaller than the dielectric constant of each of the two components. Both substances are therefore forced into the beds with a high field strength.) The field strength is directed radially and increases from the outer cylinder jacket to the inner cylinder jacket to. Particles that are introduced into the liquid experience, if their dielectric constant is higher than that of the liquid, a deflection towards the inner electrode, which is effective in addition to gravity, so that they are in a curved path from the point of entry into the Liquid migrate out to the inner electrode. The force acting in the radial direction with which they are driven there depends on the dielectric constant of the particle, so it is also different for substances with different dielectric constants. This force effect is for spherical, sufficiently small particles, which therefore do not noticeably change the field in their environment, from the known equations for a dieelectric sphere in a uniform! Field easy to derive !. As is well known (see Pohl, »Elektrizitätslehre«), the field strength in a dielectric sphere with the dielectric constant ε ₂ in a uniform field with the original field strength ^ ₀ and the dielectric constant S ₁ as well as the constant K ₁ :

Hier ergibt sich als wirksame Kraft in einem ungleichförmigen Feld für Kugeln gleicher Größe mit einer Konstante K„: Here, the effective force in a non-uniform field for spheres of the same size with a constant K is:

-S₁ \ <5 -S ₁ \ <5

S₂ + 2 S S ₂ + 2 S.

_o)^a _o ) ^a

K₂.K ₂ .

Für den Zylinderkondensator wird die Feldstärke ^z mit einer Konstante K₃ For the cylindrical capacitor, the field strength ^ z with a constant K ₃

Es ergibt sich für die Kraft
stante K,:It arises for the force
constant K,:

mit einer Konwith a con

¹¹ TCTC

+ 2 S₁ + 2 S ₁

Diese Kraft wirkt also in radialer Richtung in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse und ist für Teilchen, deren Dielektrizitätskonstante größer als diejenige der Flüssigkeit ist, von außen nach innen gerichtet.This force thus acts in the radial direction in a plane perpendicular to the cylinder axis and is for particles whose dielectric constant is greater than that of the liquid, from the outside to the outside directed inwards.

Die Bahngleidiung für ein eingebrachtes Teilchen ergibt sich, indem in der Fallrichtung eine unveränderliche Kraft und in der dazu senkrechten Ebene die angegebene radial gerichtete Kraft gemeinsam auf das Teilchen wirken;.The railroad line for an introduced particle results from an unchangeable force in the direction of fall and in the direction perpendicular to it Plane the specified radially directed force act together on the particle.

Für die Bewegung im der FaMiriehtung gilt die bekannte Differentialgleichung:For the movement in the company direction applies known differential equation:

d,d,

■2»■ 2 »

dt*dt *

worin y den Weg, t die Zeit und b die Beschleunigung bedeutet. Für die Bewegung in der waagerechten Richtung zur Zylinderachse hin gilt die Gleichung:where y is the distance, t is the time and b is the acceleration. The equation applies to the movement in the horizontal direction towards the cylinder axis:

dft r^s 'dft r ^s '

worin r den Radius an der Stellte bedeutet, an der sich das kleine Teilchen 'befindet, und k eine Kon^· stante. Die Bahngleiehung ergibt sich aus der Zusammensetzung beidter Bewegungen nach einem einfachien Überlagerungsgesetz. Es ergilbt sich für die Bewegung in der Fallrichtung:where r is the radius at the point where the small particle is located, and k is a constant. The trajectory results from the combination of both movements according to a simple law of superposition. It is found for the movement in the direction of fall:

und für die Bewegung in der waagerechten Richtung zur Achse hin:and for the movement in the horizontal direction towards the axis:

r= C₂]Zt,r = C ₂ ] Zt,

worin C₁ und c₂ Konstanten bedeuten. Die Bahngleichung für das Teilchen selbst ergibt sich durch Eliminierung von t zuwhere C ₁ and c _{2 are} constants. The equation of the path for the particle itself results from the elimination of t to

Wenn nun zwei Teilchen mit den verschiedenen Dielektrizitätskonstanten ε₂ und ε₃ an der äußeren Elektrode (Radius r_a) in die Flüssigkeit eingebracht werden, so sind die Höhen, in denen sie an die Achse gelangen, verschieden um einen Betrag y₂ —j₃, der sich, aus den Bahnglleichungen; für die beiden Teilchen errechne'· (Index 2 für Teilchen mit der größeren Dielektrizitätskonstante ε₂ und Index 3 für Teilchen mit der kleineren Dielektrizitätskonstarite ε₃).If two particles with different dielectric constants ε ₂ and ε ₃ are introduced into the liquid at the outer electrode (radius r _a ) , the heights at which they reach the axis are different by an amount y ₂ -j ₃ , which, from the orbital equations; for the two particles calculate '· (index 2 for particles with the larger dielectric constant ε ₂ and index 3 for particles with the smaller dielectric constant ε ₃ ).

Die Teilchen mit der kleineren Dielektrizitätskonstante ε₃ gelangen, wenn sie an gleicher Stelle mit· den Teilchen der Dielektrizitätskonstante ε₂ eingebracht werden, wegen der kleineren Kräfte in radialer Richtung an einer tieferen Stelle an die innere Elektrode als diejenigen mit der größeren· Dielektrizitätskonstante ε₂. Wenn ein Teilchen mit der kleineren Dielektrizitätskonstante ε₃ in der gleichen Höhe an die Elektrode gelangen soll, in der die Teilchen mit der höheren Dielektrizitätskonstante ε₂ die Elektrode erreichen, so müßte das Teilchen etwas näher der inneren Elektrode zu eingebracht werden, also auf einem zur Achse kon^ zentrischen Kreis mit kleinerem Radius r₂ als r_a. Grenzt man nun den Bereich, in dem die ver-The particles with the smaller dielectric constant ε ₃ , if they are introduced in the same place as the particles with the dielectric constant ε ₂ , reach the inner electrode at a lower point than those with the larger dielectric constant ε _{2 because of the smaller forces in the radial direction} . If a particle with the lower dielectric constant ε _{3 is} to reach the electrode at the same height at which the particles with the higher dielectric constant ε ₂ reach the electrode, the particle would have to be introduced a little closer to the inner electrode, i.e. on a to Axis concentric circle with a smaller radius r ₂ than r _a . If one now delimits the area in which the

schiedenen Teilchen der Pul Vermischung in dlie Flüssigkeit eingebracht werden, so ein, daß er innerhalb der beiden Radien r_a und r₂ liegt, so gelangen alle Teilchen mit der höheren Dielektrizitätskonstante an die Innenelektrode innerhalb eines bestimmten Bereiches, während diejenigen mit der niedrigeren Dielektrizitätskonstante tiefer unten ankommen. Die Berechnungen gelten unter der Voraussetzung, daß die Teilchen· Kugeln ίο gleichen Durchmessers sind. Praktisch sind diese Bedingungen erfüllt, wenn die Pulver auf eine bestimmte Korngröße, z. B: 0,4 mm, je nach, dler Zweckmäßigkeit, gegebenenfalls nach vorheriger Mahlung, ausgesiebt werden. Die wirksame Spannung kann Gleich- oder Wechselspannung sein. Die Elektroden können übrigens als Drahtnetze ausgebildet sein·, damit man den Vorgang gut beobachten kann.If different particles of the powder mixture are introduced into the liquid in such a way that it lies within the two radii r _a and r ₂ , all particles with the higher dielectric constant reach the inner electrode within a certain range, while those with the lower dielectric constant lower it arrive at the bottom. The calculations apply under the assumption that the particles · spheres ίο are of the same diameter. In practice, these conditions are met when the powder is reduced to a certain grain size, e.g. B: 0.4 mm, depending on how useful, if necessary after previous grinding. The effective voltage can be direct or alternating voltage. Incidentally, the electrodes can be designed as wire meshes so that the process can be clearly observed.

In der Fig. 1 ist der Weg der beiden, Teilchen aus den beiden verschiedenen Stoffen mit dien Indizes 2 und 3 schematisch dargestellt. Es bezeichnet ι das Gefäß, 4 die Flüssigkeit, 5 die innere und 6 die äußere Elektrode (Radius = r_a). 2' und 3' sind die Bahnen der Teilchen 2 und 3, wenn sie auf einem Kreis mit dem Radius r_a, also an der äußerem Elektrode, in die Flüssigkeit gebracht werden. Sie gelangen in den Höhen y₂ bzw. y₃, vom Gefäßboden aus gerechnet, an die .innere Elektrode. 2" und 3" wären die Bahnen von anderen Teilchen 2 und 3, die näher der inneren Elektrode zu, also auf einem- Kreis mit kleinerem Radius als 'r_a, in die Flüssigkeit eingebracht werden.In Fig. 1, the path of the two, particles from the two different substances with the indices 2 and 3 is shown schematically. It denotes the vessel, 4 the liquid, 5 the inner and 6 the outer electrode (radius = r _a ). 2 'and 3' are the trajectories of particles 2 and 3 when they are brought into the liquid on a circle with the radius r _a , i.e. at the outer electrode. They reach the inner electrode at heights y ₂ and y ₃ , calculated from the bottom of the vessel. 2 "and 3" would be the paths of other particles 2 and 3, which are introduced into the liquid closer to the inner electrode, that is to say on a circle with a smaller radius than 'r _a.

Wenn alle Teichen innerhalb der Radien r_a und' r_z in die Flüssigkeit eingebracht werdta, so gelangen die Teilchen 2 oberhalb der Höhe y₂ und die Teilchen 3 unterhalb der Höhe y_z an die innere Elektrode. Hierdurch ergibt sich die gewünschte Trennung der Pulvermischung in ihre beiden Bestandteile. Zweckmäßig wird man den Radius, der den Bereich für die Einbringung innen begrenzt, etwas größer als r_z wählen, um eine deutliche Trennung der Teilchen zu erreichen, da dann die Teilchen 3 etwas unterhalb der Höhe y₂ an dlie innere Elektrode gelangen.If all the particles within the radii r _a and ' r _{z are introduced} into the liquid, the particles 2 reach the inner electrode above the height y ₂ and the particles 3 below the height y _z. This results in the desired separation of the powder mixture into its two components. The radius that delimits the area for the introduction on the inside is expediently chosen to be somewhat larger than r _{z in} order to achieve a clear separation of the particles, since the particles 3 then reach the inner electrode a little below the height y _2.

Es gelang, in einem Versuch die Trennung des reinen Minerals eines Magnesiumsililkats vom tonerdehaltigen Ganggestein nach diesem Verfahren durchzuführen. Als Flüssigkeit wurde Amylazetat mit einer Dielektrizitätskonstante von rund 5 benutzt. Das reine Magnesiumsilikatmioeral hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 5,5, die tonerdehalitigen Begleitakzessorien hatten eine solche von etwa 6,5. Die Teilchen waren äußerlich durch weiße bzw. graue Farbe zu unterscheiden. Das Pulver wurde zwischen 0,40 mm und 0,43 mm Korndurehmesser ausgewählt. Die Elektroden hatten Durchmesser von rund 40 und rund 80 mm, und die angelegte Gleichspannung betrug 3 kV. Die Teilchen der mineralischen Verunreinigungen wanderten deutlich, oben an· die innere Elektrode, während die reinen Magnesiumsilikatteilchen tiefer unten anlangten·. Das Einfallsgebiet der Teilchen. war so eingerichtet, daß sie innerhalb der Radlien 3,5 und 4 cm eingebracht wurden. Die Verhältnisse sind etwas abhängig- von der Reinheit, also dem elektrischen Widerstand des benutzten Amylazetats, da dem elektrischen Verschiebungsfeld infolge der endlichen Leitfähigkeit der Flüssigkeit ein elektrisches Strömungsfeld überlagert ist, das nicht zu sehr hervortreten darf.It succeeded in an attempt to separate the pure mineral of a magnesium silicate from to carry out alumina-containing gangue according to this method. Amyl acetate was used as the liquid with a dielectric constant of around 5 is used. The pure magnesium silicate mineral has a dielectric constant of about 5.5, the alumina-containing accompanying accessories had one those of about 6.5. The outside of the particles could be distinguished by a white or gray color. The powder was chosen between 0.40 mm and 0.43 mm grain diameter knife. The electrodes had diameters of around 40 and around 80 mm, and the applied DC voltage was 3 kV. The particles of the mineral impurities migrated clearly, at the top to the inner electrode, while the pure magnesium silicate particles reached lower down ·. The area of incidence of the particles. was set up in such a way that they were inserted within the 3.5 and 4 cm radii. The ratios are somewhat dependent on the purity, i.e. the electrical resistance of the amylacetate used, because of the electric displacement field due to the finite conductivity of the liquid an electric flow field is superimposed, which must not stand out too much.

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung·- des Verfahrens möglich, um es empfindlicher zu machen. Da die Kraft sehr stark mit abnehmendem Radius wächst, muß man dieser starken Zunahme entgegenwirken. Dies kann geschehen·, indem man -— von. oben gesehen — die innere Elektrode nach unten zu im Radius mit wachsender Tiefe abnehmen läßt und die äußere Elektrode ebenso zunehmen läßt, so daß die Elektroden Kegeiform annehmen. Dann wird der Abstand dter Elektroden mit wachsender Tiefe immer größer, und die Kräfte, dlie die Teilchen zur inneren Elektrode bringen, werden mit wachsender Tiefe vergleichsweise immer geringer, d. h., die' Krümmung der Bahnkurve wird vergleichsweise geringer und der Bereich für die Einbringung der Teilchen größer als im Falle konzentrischer zylindrischer Elektroden. A further refinement of the method is possible in order to make it more sensitive do. Since the force grows very strongly with decreasing radius, one has to do this strong increase counteract. This can be done · by - from. seen above - the inner electrode after at the bottom can decrease in the radius with increasing depth and the outer electrode also increase leaves so that the electrodes assume a cone shape. Then the distance between the electrodes becomes with increasing depth always greater, and the forces dlie the particles to the inner electrode bring, are comparatively smaller with increasing depth, i. i.e., the 'curvature of the The trajectory becomes comparatively smaller and the area for the introduction of the particles larger than in the case of concentric cylindrical electrodes.

In Fig. 2 ist zur Ausgestaltung des Verfahrens die Anordnung der Elektroden mit größerer Empfindlichkeit angegeben, es bezeichnet wieder t das Gefäß, 4 die Flüssigkeit und 5 und 6 die Elektroden.In Fig. 2, the arrangement of the electrodes is larger for the embodiment of the method Sensitivity indicated, again t denotes the vessel, 4 the liquid and 5 and 6 the Electrodes.

In Fig. 3 ist dargestellt, durch welche Maßnahmen man zu einer scharfen Trennung der Absetzzonen. der beiden Teiilchenarten 2 und 3 gelangt. Die Breite des Aufgabespaltes·, also des waagerechten Kreisringspaltes r_a —r₂, wird so klein gemacht, daß ein Teilchen 3, das am innersten Rand, also mit einem Radius r_z aufgegeben wird¹, erst unterhalb der gestrichelt eingezeichneten Mantellime 8 zum Absetzen an d'ie Innenelektrode kommt. Die ebenfalls gestrichelt eingezeichnete Höhenlinie 7 stellt dagegen die. unterste Begrenzungslinie für das Absetzen aller Teilchen-2 dar; denn selbst ein Teilchen 2, welches aim äußersten Rand- des Spaltes, also mit einem Radius r_a aufgegeben. wird^;, soll infolge passender Abstimmung der drei Dielektrizitätskonstanten sowie der angelegten, Spannung bereits oberhalb der Linie 7 die Mittelelektrode erreichen. Somit ist das Gebiet zwischen 7 und 8 eine neutrale, d. h. von absetzenden Teilichen frei bleibende Zone auf der Oberfläche der Miittelelektrode. In Fig. 3 it is shown by which measures one can achieve a sharp separation of the settling zones. of the two types of particles 2 and 3 arrives. The width of the feed gap, i.e. the horizontal circular ring gap r _a - _{r 2} , is made so small that a particle 3, which is fed at the innermost edge, i.e. with a radius r _z ¹ , is only deposited below the dotted line lime 8 to be deposited where the inner electrode comes. The contour line 7 also shown in dashed lines, on the other hand, represents the. the lowest limit line for the settling of all particles-2; because even a particle 2, which is abandoned at the outermost edge of the gap, i.e. with a radius r _a. will ^; , should reach the center electrode above line 7 as a result of matching the three dielectric constants and the applied voltage. Thus, the area between 7 and 8 is a neutral zone, that is, a zone on the surface of the center electrode that remains free of sedimenting particles.

Für eine praktische Durchführung des Trenn-Verfahrens gemäß Fig. 3 bedeutet dieses, daß man zweckmäßigerweise die Mittelelektrode längs der ManteHinie 7 abschneiden wird und an Stelle des abgeschnittenen Teiles ein. schalenförmiges Auffanggefäß anbringen wird. Der äußerste Rand eines solchen Fanggefäßes muß größer sein als der Durchmesser bei 7, darf aber die eingezeichnete Bahn der Teile 3 nicht treffen. Durch kurzzeitiges Erschüttern der Mittelelektrode oder Ausschalten der Spannung fallen· dann die Teile 2· im dieses Ge- ^:äß. Als Sammelfläche der Teile 3 kann bei einerFor a practical implementation of the separating method according to FIG. 3, this means that the center electrode will expediently be cut off along the ManteHinie 7 and instead of the cut off part. will attach a bowl-shaped collecting vessel. The outermost edge of such a collecting vessel must be larger than the diameter at 7, but must not meet the trajectory of the parts 3 drawn. · The parts covered by brief shaking of the center electrode or turning off the power then 2 × in this ^Annual: AESS. As a collecting surface of the parts 3 can be in a

solchen Anordnung dann der Boden des Hauptgefäßes dienen.such an arrangement is then used by the bottom of the main vessel.

Claims

Patent claims:

1. Process for the separation of powder mixtures different constituents by electrical means in a liquid, thereby characterized in that the electrodes - a · perpendicular Form standing cylinder capacitor, the medium of which is a liquid, the dielectric constant of which Is lower than the dielectric constant of the components of the separation material, and that the latter within a horizontal ring surface is abandoned, the outer diameter of which approximates that of the Corresponds to the outer electrode.

2. Device for performing the method according to claim i, characterized in that that the electrodes are tapered ao.

3. Apparatus for performing the method according to claim. 1, characterized in that that the inner electrode is cut off at the bottom at a suitable point. as

4. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that that the inner radius of the feed ring surface is dimensioned so that the introduced into it Particles with smaller dielectric constants form the end of the shortened inner electrode can no longer achieve.

Considered publications:
E. v. Szantho, "Electrostatic treatment in the stone and remote earth industry", Tonindustrie-Zeitung, Keram. Rundschau, ZbI. 77, 1953, H. 5/6, pp. 83 to 86.

1 sheet of drawings