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Publication number: DEST008461MA
Authority: DE

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Bundesrepublik: Deutschland

Tag der Anmeldung: 16. Juli 1954 Bekaimitgeniiaclit am 25. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Es ist bekannt, Pulvergeniiische, die verschiedene Bestandteile· mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante enthalten, mittelis eines elektrischen¹ Feldes im die verschiedenen Bestandteile z/a zerlegen. Wenn: nämlich die Teilchen in eine Flüssigkeit eingebracht werden, in der ein uinregelmäßiges elektrisches Feld hergestellt¹ wird, so wandern die Teilchen, deren Dielektrizitätskonstante höher als die der Flüssigkeit ist, 'bekanntlich iln die Gebiete des Feldes mit großer Feldstärke; die Teilchen, deren Dielektriziitätskonstanrtie kleiner ist als die der Flüssigkeit, in die Gebiete mit geringer Feldstärke. Stehen sich .beispielsweise zwei' Elektroden in Spitzen form mit verschiedenem Potential gegenüber, so wandlern d!ie Teilchen, deren Dielektrizitätskonstante höher als die der Flüssigkeit ist, zu den Blektrodenspitzen, während d»ie Teilchen,· deren Dielektrizitätskonstante niedriger ist, nicht dorthin gelangen bzw. z_:u Boden fallen. Dieses Verfahren erlaubt, immer nur die Trennung von zwei verschiedenen Substanzen und¹ muß mehrere Male mit verschiedenen Flüssigkeiten wiederholt werden, wenn das Pulver aus mehr als zwei Stoffen besteht. Hierzu ist. es nötig, Flüssigkeiten von den erforderlichen verschiedenen Dielektrizitätskonstanten zu besitzen. Das Verfahren ist unbrauchbar, wenn, zwei Stoffe mit verschiedener Dielektrizitätskonstante getrennt werden sollen, für die es eine geeignete Flüssigkeit, deren Dielektrizitätskonstante zwischen derjenigen beider Stoffe liegt, nicht gibt.

Das Verfahren nach der Ernndkwig beseitigt die genannten Schwierigkeiten, indem die Elektroden einen senkrecht stehenden Zyliinderkondemsator

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bilden, dessen Medium eine Flüssigkeit ist, deren Dielektrizitätskonstante niedriger ist als die Dielektrizitätskonstanten der Bestandteile des Trenngutes, und daß letzteres innerhalb einer ; /waagerechten Ringfläche . aufgegeben wird, deren; äußerer Durchmesser angenähert dean der Außenelektrode entspricht. (Die Flüssigkeit wird so gewählt, daß ihre Dielektrizitätskonstante kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante jedes der beiden

ίο Bestandteile, Beide Stoffe werden also in die Gebiete 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' Flüssigkeit¹ ist,, eine,Ablenkung nach der Iimnenelektrode zu, die neben der Schwerkraft wirksam ist, so daß sie in einer gekrümmten Bahn von der Eintrittsstelle in die Flüssigkeit aus zur inneren Elektrode wandern. Die :Kraftw:irkting; _v in radialer Richtung, mit der sie dorthin getrieben werden, hängt von der Dielektrizitätskonstante '· des Teilchens ab, ist also bei Stoffen mit' ,/unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante ebenfalls ver- schieden. Diese Kraftwirkung ist für kugelförmige, genügend kleine Teilchen, die -also 'das Feld in ihrer Umgebung nicht merklich verändern, aus den bekannten . Gleichungen für. eine dieelektrische Kugel in einem gleichförmigen! Feld leicht abzuleiten. Bekanntlich (vgl·. P öht, »Elektrizitätslehre«) ist die Feldstärke in einer dielektrischen Kugel mit der Dielektrizitätskonstante ε₂ im einem gleichförmigen Feld mit der ursprünglichen Feldstärke Q₀ und der Dielektrizitätskön-, stante S₁ sowie der Konstante K₁:

Hier ergibt sich als wirksame Kraft in ,einem ungleichförmigen Feld für Kugeln gleicher Größe mit einer Konstante K₂:

(So)²

2 + 2 S₁

Für den Zylinderkondensator wird die Feldstärke 5L mit einer Konstante K„

Es ergibt sich für die Kraft
stante K_i : '; ■

ßl

JV ,

mit einer Kon

2S₁

,-■'■ Diese Kraft wirkt also in radialer Richtung in einer Ebene senkreciht zur Zylinderachse und ist für Teilchen, deren: Dielektrizitätskonstante größer als diejenige der Flüssigkeit ist, von außen nach

innen gerichtet. , ■■ '■■ ■■ ■■"■■■'

Die Bährigleichung, für ,ein eingebrachtes TeSlV":'.. chen 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.

Für die Bewegung in .der Fatlrichtung gilt die bekannte Differentialgleichung:

■ = b.

dt²

worin y den Weg, t die Zeit und b die Besehleunigung bedeutet. Für die Bewegung in der waagerechten Richtung zur Zylinderachse hin gilt die Gleichung": .'"; ■"'"'"■ '. [

worin.'"r''den¹ Radius an der Stellte bedeutet, an der sich dasüeine Teilchen '.-befindet, und k eine Konr stante! Die B;ahngleichurig ergibt sich aus der .^usammensetzuog beider Bewegungen nach einem einfachen Überlagerungsgesetz. Es ergilbt sich für die Bewegung in der Fallrichtung:

y ~^Οχ

und für.die Bewegung in der waagerechten Richtung zur Achse hin:

r = C₂ ]/i,

"worin C₁ und c₂ Konstanten bedeuten. Die Bahnr gleichung für das Teilchen selbst ergibt sich durch. ,Eliminieriung von :i 'au ;'-.'{

Wenn nun zwei Teilchen mitiden;'verschiedenen , DieJtektTizitätsikonstainten ε₂ und ε₃ an der äußeren Elektrode (Radius r_a) in die Flüssigkeit einrgebracht werden, so sind die Höhen, in denen sie an die Achse gelangen, verschieden um einen Betrag y₂ —y₃, der sich aus den Bahnglcidhungen für die ' beiden Teilchen errechnet (Indiex 2 für Teilchen mit der größeren Dielektrizitätskonstante ε₂ und Index 3 für Teilchen mit der kleineren Dielekrrizitatskonstarite ε₃). . ' :

¹ Die Teilchen mit der kleineren Dielektrizitätskonstante ε₃ gelangen,. wenn sie an gleicher Stelle mit den Teilchen der Dielektrizitätskonstaote. 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, al'so auf einem zur Achse konizentrischen Kreis mit kleinerem Radius r_z als r_a. Grenzt man nun den Bereich, in dem die ver-

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sobiedenen Teilchen der Pulvermischung in die Flüssigkeit eingebracht werden, so ein, daß er innerhalb . der beidien Radien r_a und r₂ liegt, so gelangen alle Teilchen mit der höheren Dielektrizitätskonstarite 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 Bedingungein erfüllt, wenn die Pulver auf eine bestimmte Korngröße, z. B¹. 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. ' . . . -■- . .

In der Fig. 1 ist der Weg der beiden Teutonen aus den beiden verschiedenen Stoffen mit dien Indizes 2 und 3 sobematisch dargestellt. Es. bezeichnet ι das Gefäß, 4 die Flüssigkeit, 5 die innere und 6 dlie äußere Elektrode (Radius = r_a). 2' und 3' sind die Bahnen der Teilchen 2 und¹ 3, wenn sie auf einem Kreis mit dem Radius r_a, also an der äußeren Elektrode, in' die Flüssigkeit gebracht werden, Sie gelangen in den Höhen y₂ bzw. y₃, , vom Gefäßboden aus gerechnet, an dlie 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 ails r_a, in die Flüssigkeit eingebracht werden.

Wenn alle Teilchen innerhalb der Radien r_a und r_z in die Flüssigkeit eingebracht werden, so gelangen die Teilchen 2 oberhalb der Höhe y₂ und die Teilchen 3 unterhalb der Höhe y₂ an die innere Elektrode. Hierdurch ergibt sich die gewünschte Trennung der Pulvermischüng in ihre beiden Bestandteile: Zweckmäßig wird· man den Radius, der den Bereich für die Einbringung innen begrenzt, etwas größer als r₂ wählen, um eine deutliche Trennung der Teilchen "zu, erreichen, da dann die

, Teilchen 3 etwas unterhalb der Höhe y₂ an die innere Elektrode ,gelangen.

. Es gelang, in eimern Versuch die Trennung des reinen Minerals eines Magnesiumsilikate vom tonerdehaltigen Ganggesteiii nach diesem Verfahren durchzuführen. Als Flüssigkeit wurde Amylazetat mit einer Dielektrizitätskonstante von rund 5 benutzt. Das reine Magnesiumsilikatmineral hat eine Dielektrizitätskonstante¹ von etwa 5,5, die tonerdelhalitigen Begfeitakzessorien 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 Korndiurchmesser 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 Magnesiumsilikatteildhen tiefer unten anlangten¹. Das Einfallsgebiet der Teilchen war so eingerichtet, daß sie innerhalb der Radien 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 Versehiebüngsfeld infolge der endlichen Leitfähigkeit der Flüssigkeit ein elektrisches Strömungsfeld überlagert ist, das nicht- zu sehr her vortreten darf. ,

Es ist noch eine weitere Ausgestaltung¹ des , Verfahrens möglich, um es empfindlicher zu machen. Da die Kraft sehr stark mit abnehmendem Radius wächst, muß man dieser starken Zunähme entgegenwirken. Dies kann 'geschehen¹,' indem man — von oben gesehen — die innere Elektrode nach unten zu im Radius mit' wachsender Tiefe abnehmen· laßt und die äußere Elektrode ebenso zunehmen läßt, so daß die Elektroden Kegelform annehmen. Dann wird der Abstarid der Elektroden mit wachsender Tiefe immer größer, und die Kräfte, die die Teilchen zur inneren Elektrode bringen, werden -mit wachsender Tiefe vergleichs-., weise .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.

In Fig. 2 ist zur Ausgestaltung des Verfahrens die Anordnung der Elektroden mit größerer Empfindlichkeit angegeben, es bezeichnet wieder , χ das Gefäß, 4 die Flüssigkeit und 5 und 6 die Elektroden.

In Fig. 3 ist dargestellt, durch welche Maßnahmen man zu einer scharfen Trennung der Absetzzonen der -beiden Teilchenarten 2 und 3 gelangt. Die Breite des Aufgabespaltes-, also des waagerechten Kreisringspaltes r_a — r_z, wird so klein gemacht, daß ein Teilchen 3, das am innersten Rand, also , mit einem Radius r_z aufgegeben wird', erst unterhalb der gestrichelt eingezeichneten· Mantellinie 8 zum Absetzen an dfie 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 am äußersten Rand des Spaltes, also mit einem Radius r_a aufgegeben, wird, ,soll kvfolge 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 Teiliehen frei bleibende Zone auf der Oberfläche der Miittelelektrode.

Für eine praktische Durchführung, des Trenn-Verfahrens gemäß Fig. 3 bedeutet dieses, daß man . zweckmäßigerweise die ,Mittelelektrode längs der Mantellinie 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 in dieses Gefaß. Als Sammelfläche der Teile 3 ,kann bei einer

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solchen Anordnung dann der Boden des Hauptgefäßes dienen. ^; · .

Claims

Patentansprüche: , ■

1. Verfahren zur Trennung von Pulvergemischen verschiedener Bestandteile auf elektrischem Wege im einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden' einen· senkrecht stehenden Zylinderkondensator bilden·, dessen Medium eine Flüssigkeit ist, deren Dielektrizitätskonstante niedriger ist als die Dielektrizitätskonstanten der Bestandteile des Treninguites, und daß letzteres innerhalb einer waagerechten Ringfläche aufgegeben wird,

. deren äußerer Durchmesser angenähert dem der Außenelektrode entspricht.'

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden konisch ausgeführt ao skid. '

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenelektrode an geeigneter Stelle unten, abgeschnitten ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenradius der Aufgaberingfläche so bemessen ist, daß die in ihm eingebrachten Teilchen mit kleineren Dielektrizkätskonstanten das Ende der verkürzten Innenelektrode nicht mehr erreichen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
E. v. Szantho, »Elektrostatische Aufbereitung in 'der Industrie der Steine und Erden«, Tonindustrie-Zeitung, Keram. Rundschau, ZbI. 77,1953, H. 5/6, S. 83 bis 86. .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen