EA001656B1 - Ленточная сепараторная система с улучшенной геометрией ленты - Google Patents

Abstract

В системе ленточного сепаратора, предназначенной для разделения составляющих смеси частиц, предложена конвейерная лента, имеющая направляющую отклоняющую поверхность, расположенную под острым углом к направлению движения ленты таким образом, чтобы придавать поперечный импульс составляющим смеси в направлении к продольной осевой линии системы ленточного сепаратора.

Description

Настоящее изобретение относится в целом к ленточному сепараторному устройству, в котором используется движущаяся лента для разделения смесей частиц на основе зарядки частиц, а конкретнее, к усовершенствованию геометрической формы ленты для придания поперечного импульса частицам, что позволяет повысить производительность, выход продукции и/или чистоту разделения.

Ленточные сепараторные системы (ЛСС) используются для разделения на составляющие смесей частиц на основе зарядки различных составляющих при контакте с поверхностью (т.е. на основе электризации трением). В патенте США № 3092277 раскрыт электростатический сепаратор 20. Электростатический сепаратор 20 представляет собой удлиненное горизонтальное устройство, которое принимает на себя материал на одном конце первичной конвейерной ленты 24 и перемещает часть материала поперек ленты с целью выгрузки, а оставшийся материал перемещается вдоль ленты конвейера с целью выгрузки. Несущая пластина 32 поддерживает ленту и образует электрод. Вторая пластина электрода 37 смонтирована над лентой. Когда между пластинами создается электростатическое напряжение, лента образует диэлектрическую поверхность между пластинами электрода. Под электростатическим воздействием материал на ленте стратифицируется на слои, в зависимости от плотности и проводимости, а также размера частиц. Поток воздуха, направленный поперек ленты, сдувает нежелательные частицы с конвейера на отводящую ленту конвейера 55. Нужный материал остается на ленте 24 для горизонтального перемещения и последующей выгрузки в лоток 62.

В патенте США № 4451357 описана бесконечная сепараторная конвейерная лента 14, имеющая в основном трапециевидный закрытый канал. Электростатический заряд вырабатывается вблизи сепараторной конвейерной ленты 14. Подаваемый воздух проходит вверх через ленту, вызывая псевдоожижение гравия и придавая электростатический заряд или потенциал вблизи ленты 14, которая служит для притягивания и удерживания металлических составляющих смеси. Можно использовать также зарядный генератор 110 для передачи статического заряда на ленту. Металлические составляющие удерживаются лентой, а псевдоожиженный гравий идет вниз через ленту.

На фиг. 1 показана система ленточного сепаратора 10, раскрытая в патентах США №№ 4839032 и 4874507, которые упомянуты здесь для сведения. Система ленточного сепаратора 10 включает параллельные разнесенные электроды 12 и 14/16, смонтированные в продольном направлении вдоль продольной осевой линии 25, а лента 18 движется в продольном направлении между разнесенными электродами. Лента образует непрерывную петлю, которая приводится в движение парой торцевых роликов 11, 13. Смесь частиц загружают на ленту 18 в зоне подачи 26, между электродами 14 и 16. Лента 18 включает противонаправленные сегменты ленты 17 и 19, движущиеся в противоположных направлениях и предназначенные для перемещения составляющих смеси частиц вдоль электродов 12 и 14/16.

Электрическое поле создается в поперечном направлении между электродами 12 и 14/16 путем приложения потенциала на электрод 12, полярного потенциалу на электродах 14/16, например, электрод 12 имеет положительный потенциал, а электроды 14/16 имеют отрицательный потенциал. Когда составляющие смеси частиц перемещаются вдоль электродов при помощи ленты 18, частицы заряжаются и подвергаются действию силы, направленной поперечно к продольной осевой линии 25 системы 10, вследствие воздействия электрического поля. Когда электрод 12 заряжен положительно, а электроды 14/16 - отрицательно, электрическое поле перемещает положительно заряженные частицы к электродам 14/16, а отрицательно заряженные частицы движутся к электроду 12. В конечном итоге каждая частица перемещается к сектору удаления продукта 24, и к сектору удаления отходов 22, в зависимости от знака заряда конкретной частицы, а также от знака заряда электродов.

Заряд, который приобретают частицы, определяет полярность электрода, к которому они будут притягиваться и, таким образом, направление, в котором лента 18 будет перемещать частицы. Заряд зависит от относительного электронного сродства материала - величины энергии, необходимой для удаления электрона с поверхности частицы (т.е. работы выхода частицы). Когда две частицы вступают в контакт, частицы с более высокой работой выхода приобретают электроны и становятся отрицательно заряженными, а частицы с более низкой работой выхода теряют электроны и приобретают положительный заряд. Например, частицы минеральных окислов имеют относительно высокую работу выхода, а уголь имеет относительно низкую работу выхода; таким образом, в процессе разделения этих двух видов частиц в системе 10 частицы угля становятся положительно заряженными, а частицы окислов минералов отрицательно заряженными.

Обычно когда система 10 применяется для разделения окислов минералов и угля, она имеет такую структуру, что лента 18 движется в направлении против часовой стрелки, как показано на фиг. 1. Электроды 14/16 (прилегающие к сегменту ленты 19) имеют отрицательный потенциал, а электрод 12 (прилегающий к сегменту ленты 17) имеет положительный потенциал. При таком расположении положительно заряженные частицы угля перемещаются к секции удаления продукта 24 посредством секции лен ты 19, а отрицательно заряженные частицы окислов минералов перемещаются к секции удаления пустой породы 22 посредством секции ленты 17.

Ленточная система 10 может действовать в трех других режимах, если изменить направление движения ленты и/или полярность электродов. Во втором режиме лента 18 движется по часовой стрелке, причем электрод 12 имеет положительный потенциал, а электроды 14/16 имеют отрицательный потенциал. В третьем режиме электрод 12 имеет отрицательный потенциал, а электроды 14/16 имеют положительный потенциал, а лента 18 движется против часовой стрелки. В четвертом режиме электрод 12 имеет отрицательный потенциал, а электроды 14/16 имеют положительный потенциал, а лента 18 движется по часовой стрелке. Обычно для положительно заряженных частиц продукта предпочтительным является первый режим работы, а для отрицательно заряженных частиц продукта предпочтительным будет третий режим работы.

Еще одним важным признаком электростатического сепаратора ленточного типа является способность ленты обеспечивать очистку электродов и, таким образом, предотвращать налипание слоев материала на электродах. В этом отношении лента претерпевает значительное трение в ходе контакта с частицами, электродами и движущимся в противоположном направлении сегментом ленты, и подвергается значительному вытягиванию в продольном направлении (между торцевыми роликами) в ходе использования. Это ведет к износу ленты, что со временем начинает отрицательно влиять на качество разделения.

Эти два действия ленты, а именно: перенос материала и очистка электродов - очень важны для качества разделения. Когда электроды не несут заряда, геометрия системы 10 в основном симметрична относительно осевой линии 25, поскольку лента 18 создает симметричный поток, идущий параллельно электродам и между ними. Однако когда электроды имеют заряд противоположных знаков, как описано выше, система 10 становится асимметричной. Далее зарядка компонентов смеси частиц тоже создает асимметрию. Именно эти два вида асимметрии приводят к электростатическому разделению компонентов, имеющих разные заряды.

Обычно предполагается, что симметричные воздействия, т.е. воздействия, которые влияют на частицы независимо от их электростатического заряда, не дают асимметричных результатов, таких как улучшенное разделение. Однако неожиданно было обнаружено авторами настоящего изобретения, что то, что можно считать симметричным зарядом, оказывает значительное позитивное действие на качество разделения.

В соответствии с настоящим изобретением предложена система ленточного сепаратора для разделения составляющих смеси частиц. В одном варианте осуществления изобретения система включает параллельные разнесенные первый и второй электроды, расположенные на противоположных сторонах продольной осевой линии, которые создают электрическое поле между электродами. Лента с движущимися в противоположные стороны сегментами ленты, может двигаться в продольном направлении между первым и вторым электродами и имеет направляющую отклоняющую поверхность.

Отклоняющая поверхность контактирует с составляющими смеси частиц и придает поперечный импульс составляющим смеси в направлении к продольной осевой линии.

В одном варианте осуществления изобретения направляющая отклоняющая поверхность образует часть практически открытой ленты конвейера, которая движется в продольном направлении между электродами и контактирует с частицами в сепараторной системе. Направляющая поверхность образует практически острый угол относительно направления движения ленты, например, угол в диапазоне от 10 до 60°, более предпочтительно от 15 до 45°. Было обнаружено, что стабильность системы в течение длительного времени существенно улучшается, так что не наблюдается значительного ухудшения выхода и чистоты разделения после работы системы в течение длительного времени.

Предложен также способ разделения составляющих смеси частиц при помощи системы ленточного сепаратора, причем указанный способ включает в себя этап контактирования составляющих смеси с направляющей отклоняющей поверхностью с целью придать поперечный импульс составляющим смеси в направлении продольной осевой линии системы.

Эти и другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут более ясны из последующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой боковую проекцию в разрезе, на которой показана общая конфигурация известной системы ленточного сепаратора;

фиг. 2 - увеличенная часть разреза системы ленточного разделителя по фиг. 1, в котором используется лента усовершенствованной геометрической формы по настоящему изобретению;

фиг. ЗА - вид сверху части новой ленты по настоящему изобретению;

фиг. ЗВ - вид в разрезе вдоль линий 3В-3В по фиг. ЗА;

фиг. 4 - увеличенный частичный вид в разрезе, аналогичный фиг. 2, где показано отклонение движущихся в противоположных направлениях сегментов ленты;

фиг. 5 - схема, иллюстрирующая сопоставление геометрической формы известной ленты с лентой по настоящему изобретению;

фиг. 6 - график, на котором показано содержание загрязнителей в продукте, полученном в результате разделения, в зависимости от суммарной массы смеси, прошедшей обработку, причем проводится сравнение между результатами, полученными для ленты с отклоняющей поверхностью по настоящему изобретению и для ленты без этой поверхности;

фиг. 7 - график, на котором показано содержание загрязнителей в продукте, полученном в результате разделения, в зависимости от скорости движения ленты, причем зазор между электродами составляет 0,380 дюймов (9,652 мм), причем проводится сравнение между результатами, полученными для ленты с отклоняющей поверхностью по настоящему изобретению и для ленты без этой поверхности;

фиг. 8 - график, на котором показано содержание загрязнителей в продукте, полученном в результате разделения, в зависимости от скорости движения ленты, причем зазор между электродами составляет 0,420 дюймов (10,668 мм), причем проводится сравнение между результатами, полученными для ленты с отклоняющей поверхностью по настоящему изобретению и для ленты без этой поверхности.

Настоящее изобретение ставит целью создать усовершенствованную ленту, применяемую в процессе электростатического разделения, причем указанная лента имеет определенную геометрическую форму, которая обеспечивает одну или несколько из следующих характеристик:

- повышенную стабильность процесса с течением времени;

- пониженную чувствительность рабочих характеристик процесса к скорости ленты и размерам зазора между электродами;

- более высокий выход продукта большей чистоты.

В последующем тексте характеристики процесса будут определены по одному или нескольким из следующих параметров:

выход: доля нужного компонента в подаваемом потоке, которая извлечена из потока продукта;

чистота: процент нужной составляющей в потоке многокомпонентного продукта; пропускная способность: масса или вес в час многокомпонентного подаваемого потока, поступающего в сепаратор.

Эти параметры являются взаимосвязанными в данном тексте.

В трибоэлектрическом разделении, о котором говорилось выше, район между электродами представляет собой район, где подаваемые смеси разделяются на составляющие. Обычно один или несколько компонентов подаваемой смеси удаляется из продукта (уменьшается по количеству) и обогащается (увеличивается в количестве) в отводимом потоке отходов. Зазор между электродами может оказывать влияние на точность разделения, выход и пропускную способность. Электростатическое поле между электродами в вольтах на мил (25,4 мкм) зазора является основной силой, вызывающей разделение. Однако существуют практические ограничения по тому, насколько высокое напряжение можно создавать между электродами. В результате в то время как более широкий зазор позволяет обеспечить более высокую пропускную способность, интенсивность электрического поля падает, когда этот зазор расширяют (при постоянном напряжении между электродами), и поэтому на практике существуют ограничения, определяющие насколько можно увеличить ширину зазора.

Лента выступает в роли скребкового конвейера частиц. Потенциальный лимит пропускной способности зависит от скорости ленты, ширины зазора и увлечения псевдоожиженных частиц лентой. При больших зазорах частицы должны пересекать район от поверхности электрода до продольной осевой линии системы, чтобы попасть в нужный поток (подаваемого материала или отводимого материала). Скорость, с которой частицы могут перемещаться через этот район, ограничена их электрической подвижностью (и их массой). Чем больше зазор, тем все большее количество частиц не могут пересекать это расстояние до того, как их конвейером доставят не в тот бункер. В результате качество разделения снижается.

Однако в соответствии с настоящим изобретением предложена лента, которая способствует переносу частиц к продольной осевой линии. Это позволяет использовать более широкие зазоры между электродами, что приводит к увеличению пропускной способности.

Важным параметром для применяемых в промышленности систем конвейерного разделения является срок службы конвейерной ленты. Идеально в процессе должна использоваться долговечная лента, которая в течение всего периода ее использования позволяет осуществить обработку потока подаваемого материала без вмешательства человека, обеспечивает хорошее качество и скорость разделения в продолжение этого периода, выдерживает самые разные материалы, присутствующие в потоке подаваемых материалов и может обеспечивать обработку очень больших количеств подаваемых материалов и, таким образом, обеспечивает очень низкие затраты на ленту в пересчете на тонну обрабатываемого материала. Таких целей очень трудно было добиться при помощи известных конвейерных лент.

Ленты изготавливали из самых различных материалов, используя разнообразные способы.

Обычно известные ленты состояли из тканей, соединенных в бесконечную ленту при помощи склеивания, термосварки или других способов. Такие ленты обычно можно использовать для движения как в одну сторону, так и в обратную сторону.

Характеристики известных конвейерных лент обладали рядом ограничений, включая

- короткий срок службы ленты вследствие абразивного износа;

- снижение способности ленты производить разделение с течением времени (т.е. нестабильность процесса);

- неспособность производить обработку различных типов подаваемых материалов.

Например, значительный промышленный интерес представляет процесс разделения несгоревшего угля от летучей золы (побочный продукт энергетики). В связи с этим трудный подаваемый материал может содержать очень высокий процент несгоревшего угля в золе: такой подаваемый материал требовал применения очень маленького зазора между электродами, очень низкой скорости подачи материала, более высокого напряжения на электродах, или сочетания этих параметров. Во многих случаях, когда производится переработка такого подаваемого материала, в результате имеют низкий выход продукта и сам процесс является неэкономичным. Если увеличить скорость ленты в ходе обработки такого трудного материала, то может повыситься износ ленты и сократиться срок ее службы.

Все эти проблемы ограничивали использование известных сепараторных систем. При использовании известных лент вмешательство оператора было необходимо периодически или даже часто (т.е. требовалось регулировать зазор между электродами, скорость ленты, скорость подачи материала, рабочее напряжение и т.п.), чтобы поддержать качество разделения. Однако очень желательно осуществлять разделение в автоматическом режиме без вмешательства оператора, поскольку это позволит сократить трудозатраты или использовать малоквалифицированную рабочую силу, что в свою очередь снизит производственные затраты.

Настоящее изобретение предлагает конвейерную ленту с нужными геометрическими характеристиками, предназначенную решить вышеуказанные проблемы. В целом лента обеспечивает более эффективное разделение, что приводит к повышению чистоты продукта при более высоком выходе. Изобретение может обеспечить также более высокую стабильность процесса, т.е. сохранение качества разделения с течением времени. Изобретение обеспечивает также пониженный износ ленты и более долгий срок ее службы. Изобретение обеспечивает меньшую зависимость процесса от зазора между электродами и от скорости ленты. Помимо этого изобретение обеспечивает обработку материа лов при более широком зазоре между электродами, что позволяет ускорить обработку и снизить затраты на обработку тонны материала для машины данного размера.

Нужные геометрические характеристики конвейерных лент в данном тексте называются направляющие отклоняющие поверхности, указанная геометрическая форма относится к элементам ленты и не связана с направлением движения ленты. Указанные поверхности имеют средний поперечный компонент относительно направления движения ленты, и поэтому в данном тексте для удобства они называются поперечными элементами. Такие элементы лежат под острым углом к плоскости ленты. При нулевом угле направляющая поверхность располагается в плоскости ленты. При угле 90° направляющая поверхность располагается перпендикулярно относительно плоскости ленты. При углах между этими значениями направляющая поверхность наклонена к направлению движения ленты.

Самые различные конфигурации лент могут обеспечивать направляющие отклоняющие поверхности. Однако общим для них является способность направлять частицы от поверхностей электродов по направлению к участку, находящемуся между сегментами ленты, движущимися в противоположных направлениях. Все они придают поперечную скорость, т. е. в направлении, перпендикулярном к плоскости электродов. Для сравнения, известные конвейерные ленты заставляли частицы двигаться параллельно направлению движения ленты.

Ленты с направляющими отклоняющими поверхностями не обеспечивают одинаковых рабочих характеристик, если ленту заставляют двигаться в противоположных направлениях. Конкретно, ленты с направляющими отклоняющими поверхностями обеспечивают намного большую производительность, когда направляющие поверхности нацелены в направлении движения ленты, а рабочие характеристики ленты, движущейся в противоположном направлении, не повышаются, или обычно они равны рабочим характеристикам известных конвейерных лент. Можно провести аналогию со снегоочистителем, который лучше работает только когда учитываются конфигурация и направление движения направляющей поверхности относительно очищаемой поверхности.

Ленты с направляющими отклоняющими поверхностями могут повышать рабочие характеристики разделения по ряду причин; в их числе следующие:

- происходит выскребание поверхностей электродов, их очистка, благодаря чему повышается эффективность электрического поля, воздействующего на частицы между электродами;

- создаются гидродинамические усилия, когда лента движется с высокой скоростью; эти усилия прикладываются к частицам, проходящим через сепаратор так, что частицы движутся от поверхностей электродов к участку, находящемуся между сегментами ленты, движущимися в противоположных направлениях, где электростатическое разделение осуществляется наиболее эффективно;

- создается гидродинамическое усилие при высокой скорости движения ленты, которое заставляет два сегмента ленты, движущиеся в противоположных направлениях, разделять (отклоняться) от осевой линии системы, что уменьшает частоту их взаимных контактов.

На фиг. 2 показан увеличенный фрагмент системы ленточного сепаратора, аналогичной системе по фиг. 1, но использующей новую ленту 30 по настоящему изобретению. Вид сверху части ленты показан на фиг. 3А, а вид в разрезе, показывающий направляющие отклоняющие поверхности, показан на фиг. 3В.

Конкретно, верхний сегмент ленты 19 движется направо (в направлении стрелки 28) рядом с верхним электродом 16. Лента имеет верхнюю поверхность 31, которая, хотя и показана на расстоянии от поверхности верхнего электрода 50, часто контактирует с поверхностью 50. Аналогично, нижний сегмент ленты 17 движется в направлении стрелки 29 рядом с нижним электродом 12. Опять-таки, нижняя поверхность 31 сегмента ленты 17 часто контактирует с поверхностью 51 электрода 12.

На фиг. 3А дан вид сверху верхней поверхности 31 части ленты, которая будет входить в контакт с поверхностями электродов 50 и 51. Лента имеет форму в основном прямоугольной открытой решетки или квадратной матрицы с параллельными разнесенными сегментами 31, идущими практически поперечно ленте и параллельно разнесенным пересекающимися с ними сегментами 33. Квадратные отверстия 34 представляют собой промежутки между пересекающимися сегментами 31 и 33, они позволяют частицам двигаться через ленту в направлении продольной осевой линии 25 системы. Сегменты 31 ограничивают направляющий отклоняющий край 46 по настоящему изобретению, который, как показано на фиг. 2, образует по существу острый угол Θ (под номером 99) относительно продольной осевой линии 25 в направлении движения ленты (показано стрелками 28 или 29). Именно эти поверхности 46 служат для очистки поверхностей электродов 50 и 51 и придают поперечный импульс частицам в направлении осевой линии 25.

На фиг. 3В показан конкретный сегмент ленты 31 в разрезе, причем отклоняющая направляющая поверхность 46 идет от самой нижней точки 47 к самой верхней точке 48, а короткими линиями вдоль отклоняющей направляющей поверхности 46 показан импульс силы, передаваемой частицам (контактирующей) направляющей поверхностью 46. За направляю щей поверхностью 46 следует поверхность 44. Несмотря на то, что угол направляющей поверхности 46 относительно направления движения ленты (28 на фиг. 3В) изменяется вдоль длины поверхности 46, все равно присутствует суммарная поперечная составляющая силы, показанная стрелкой 42 поперек направления движения ленты 28. Это будет подробнее описано ниже со ссылкой на фиг. 5.

На фиг. 4 показаны вышеописанные гидродинамические силы, которые заставляют сегменты ленты, движущиеся в противоположных направлениях, разделяться или отклоняться от продольной осевой линии 25, что снижает частоту контактов между сегментами ленты, и, таким образом, уменьшает износ. Фиг. 4 аналогична фиг. 2, но здесь показано, что между парами торцевых валков 52 и 53 верхний и нижний сегменты ленты 19, 17 отклоняются от осевой линии 25 к поверхностям электродов 50 и 51.

Конкретно, как известно и сообщалось в публикациях, почти для всех материалов в целом характерно, что износ при контакте пластика с пластиком (т.е. пластиковый сегмент ленты 19 истирается о пластиковый сегмент ленты 17) происходит намного быстрее, чем износ при контакте пластика с другим материалом, например, пластиковый сегмент ленты 19 будет медленнее истираться при контакте с материалом, из которого изготовлен электрод 16. Для систем ленточных сепараторов конфигурация ленты в виде бесконечной петли обязательно приводит к ситуациям, когда истирание пластика о пластик, если такой контакт происходит, приводит к более быстрому износу, чем износ, возникающий при контакте ленты с электродом. Из физики износа известно, что износ зависит от давления продукта и скорости скольжения. В частности, в зависимости от механизма износа скорость износа данного материала может зависеть от Р^аУ^ь, где Р представляет собой давление, а V - относительная скорость двух скользящих материалов. Показатели степени а и Ь, один или оба, зависят от режима износа.

Таким образом, в результате избыточного контакта пластиковой ленты с пластиковой лентой в системе ленточного сепаратора, может намного усиливаться скорость износа и сокращаться срок службы ленты. Благодаря тому, что геометрическая форма ленты по настоящему изобретению позволяет осуществлять противонаправленное движение сегментов ленты в процессе использования так, что они движутся друг от друга, лента претерпевает меньший износ при контакте пластика с пластиком и поэтому срок ее службы увеличивается.

Существуют различные способы экспериментальной проверки преимуществ ленты по настоящему изобретению, обладающей определенной геометрической формой, включая следующие:

- один способ состоит в том, что изготавливают систему ленточного сепаратора с постоянной скоростью потока подаваемого материала при постоянной скорости подачи, затем меняют типы лент и выбирают, в какой системе разделение происходит точнее и выход продукта выше в результате обработки материала;

- второй способ состоит в том, что измеряют качество разделения в течение срока службы данной ленты, и устанавливают, ухудшается ли выход или качество разделения с течением времени, или они остаются на одном уровне;

- третий способ состоит в том, что наблюдают за чистотой электродов, сравнивая какая лента при своем движении более эффективно счищает частицы с поверхности, что влечет за собой повышение качества разделения;

- четвертый способ предполагает определить нужную чистоту продукта разделения для процесса с определенной лентой, затем смонтировать другую ленту, чтобы установить, наблюдается ли повышение скорости обработки материала;

- пятый способ предполагает установить максимальное количество загрязнения (которое необходимо удалить) в данном подаваемом материале, произвести обработку такого материала при помощи имеющейся ленты так, чтобы добиться определенной чистоты продукта, сменить ленту, и затем определить, нельзя ли использовать подаваемый материал с более высоким уровнем загрязнения;

- шестой способ состоит в том, чтобы измерить срок службы ленты (при условии, что точность разделения, выход и пропускная способность приблизительно равны).

Графики, представленные на фиг. 6-8 и раскрытые в приведенных ниже примерах показывают, как усовершенствованная геометрическая форма ленты по настоящему изобретению обеспечивает указанные преимущества.

Пример 1.

Лента по настоящему изобретению обеспечивает гораздо более стабильную работу электростатического сепараторного устройства ленточного типа в лабораторных условиях, по сравнению с изотропными лентами известных типов. На фиг. 6 показан график содержания загрязнений в продукте, полученном в результате серии испытаний, проведенных с использованием четырех различных лент. Каждый символ представляет результаты анализа продукта, произведенного в ходе одного испытания. На осях отложены совокупная масса материала, подвергшегося обработке, и содержание загрязнений в очищенном продукте. Испытания проводились на опытной сепараторной установке таким образом, чтобы как можно точнее смоделировать реальные рабочие условия на полномасштабной сепараторной установке. Четыре линии показывают совокупную тенденцию уровня чистоты продукта, по мере ее изменения с течением времени.

Схематическое изображение в разрезе двух противонаправленных сегментов ленты 97/98, движущихся в противоположных направлениях между верхним и нижним электродами 95/96 дано на фиг. 5Е, причем направляющая (контактная) поверхность заштрихована. Разрезы четырех лент А, В, С и Ό, которые подверглись испытаниям, показаны, соответственно на фиг. 5Β-5Ό. Ленты А и С представляют собой две ленты из одного и того же материала, но действующие в различных рабочих условиях. Аналогично, ленты В и Ό изготовлены из одного материала, но действуют в различных рабочих условиях. Геометрическая форма лент А, В и С аналогична в том, что направляющие поверхности в основном скруглены и образуют тупой угол направляющей поверхности в направлении движения ленты. Лента Ό, наоборот, образует отклоняющую направляющую поверхность, которая отклоняет частицы от участка вблизи электродов к центральной части разделителя.

Четыре линии на фиг. 6 ясно показывают существенные отличия между различными лентами. Ленты (А-С) с тупоугольной направляющей поверхностью характеризуются существенным ухудшением качества разделения со временем. Лента Ό, с направляющей поверхностью под острым углом, не характеризуется таким ухудшением качества разделения, и даже показывает некоторое улучшение несмотря на то, что разброс данных затрудняет интерпретацию такого улучшения. Отсутствие ухудшения качества разделения является очевидным и поддерживается приблизительно в течение 50 испытаний, которые отражены на этом графике.

Испытания осуществляли при тщательной подготовке отдельных образцов летучей золы из одного источника, собранных в одно время и хранившихся в контролируемых условиях до проведения испытаний. Образцы готовили индивидуально и взвешивали перед испытаниями. Испытания проводили на опытной сепараторной установке, причем особое внимание обращали на поддержание одинаковой скорости подачи, скорости ленты, напряжения на электродах и других параметров в пределах рабочих допусков для различных испытаний. Испытания проводили опытные операторы, которые провели сотни аналогичных испытаний. Полученные образцы подвергли анализам и провели проверку надежности результатов. Различия между усовершенствованной лентой Ό и другими лентами представляются вполне заметными и не являются свойствами, привнесенными в ходе экспериментов.

Пример 2. Зависимость эффективности разделения от зазора между электродами.

На фиг. 7-8 показаны результаты ряда испытаний, в которых использовались ленты по настоящему изобретению (лента Ό) и известные ленты (лента А), и эти результаты показывают ряд улучшений стабильности процесса. На фиг. 7 сравниваются результаты многочисленных испытаний лент по настоящему изобретению с известными лентами при зазоре между электродами в 0,380 дюймов (9,652 мм). Линии на графике учитывают стандартное отклонение плюс/минус 1 от средних показателей чистоты продукта при различных скоростях.

На фиг. 8 проводится сравнение суммарных результатов 12 испытаний двух лент при зазоре между электродами в 0,420 дюймов (10,668 мм). Линии на графике проведены с учетом трех верхних и трех нижних точек для каждого из двух типов лент. На основе указанных результатов можно сделать ряд выводов:

1. При использовании усовершенствованной ленты Ό чистота продукта меньше зависит от скорости ленты.

2. При использовании усовершенствованной ленты Ό чистота продукта меньше зависит от расстояния между электродами.

3. Ряд параметров, не отраженных на графике, являются переменными и являются источником некоторой изменчивости в рабочих характеристиках, зафиксированных во время отдельных прогонов. Очевидно, что изменчивость результатов намного ниже при использовании усовершенствованной ленты Ό, чем при использовании ленты А. Другие переменные параметры, которые оказывают меньшее влияние на результаты, включают скорость подачи, влажность, расположение точки подачи, зазор между лентой и электродом, загрязнение лент, и количество загрязнений, присутствующих в подаваемом материале.

4. Ленты по настоящему изобретению обеспечивают меньшую изменчивость рабочих характеристик, обусловленную известными и неизвестными параметрами.

Ленты по настоящему изобретению демонстрируют повышение стабильности процесса в отношении по существу всех измеренных переменных параметров. Тем не менее, существуют и неизвестные факторы, которые влияют на разделение, и складывается впечатление, что сокращение разброса рабочих характеристик при использовании усовершенствованной ленты Ό основано на меньшей зависимости от переменных параметров, которые не поддаются контролю.

Следует отметить, что при использовании любой ленты, она изнашивается, и зазор между лентой и электродом изменяется. По мере того, как этот зазор изменяется, желательно, чтобы рабочие характеристики сепаратора оставались неизменными. Ленты по настоящему изобретению демонстрируют более высокую стабильность процесса при наличии износа ленты, по сравнению с известными лентами.

Данные, использованные в настоящем примере, получены при отделении несгоревшего углерода от летучей золы. Повышение эффективности процесса было настолько высоким по огромному числу различных параметров, что есть все основания ожидать повышенной стабильности процесса при любых видах разделения, включая отделение загрязнений от минералов, таких как отделение нерастворимых в кислотах минералов от карбонатов, окрашенных минералов от карбонатов и талька, золы и серосодержащих минералов от угля, железосодержащих минералов от сырья, идущего на изготовление стекла, для удаления щелочи из сырья для изготовления цемента, отделения железосодержащих минералов от исходных продуктов для керамики, пшеничной муки от высевок и т. п.

Пример 3.

Приведенная ниже таблица демонстрирует рабочие характеристики двух типов лент, смонтированных на промышленном сепараторе, применяемом для отделения летучей золы с производительностью около 20 т в час. Указанные показатели представляют собой средние величины, полученные в течение длительной работы многих лент обоих типов. Как и раньше, лента А представляет собой известную ленту, а лента Ό представляет собой ленту по настоящему изобретению. Сразу видно, что лента Ό обеспечивает более эффективное разделение. При подаче золы с высокими потерями при сжигании (показатель несгоревшего углерода) лента по настоящему изобретению обеспечивает более чистый продукт (меньшее количество углерода), более концентрированные отходы (большее количество углерода) и более высокий выход (больше продукта). Такое повышение рабочих характеристик проявляется в ряде аспектов рабочих характеристик сепаратора. Настоящая таблица демонстрирует улучшенные рабочие характеристики новой ленты при длительном использовании. Данная серия испытаний отражает результаты переработки многих тысяч тонн золы.

Таблица

Типичная обработка летучей золы

	К-во лент	Коэффициент потерь при сгорании для подаваемого материала	Коэффициент потерь при сгорании для золы	Коэффициент потерь при сгорании для углерода	Выход
Лента А	25	5,88	1,46	16,61	70%
Лента Ό	26	7,13	1,22	31,88	80%

Лента по настоящему изобретению может применяться в любом конвейере или транспортировочном устройстве с направляющими отклоняющими поверхностями, которые контактируют с частицами, подвергающимися разделению. Лента должна иметь отверстия, через которые могут проходить частицы, и она должна быть изготовлена из практически неэлектропроводного материала, такого как пластик, ткань, резина и т.п. Лента может быть изготовлена в виде ткани или методом формования, или экструдирования.

Лента может быть изготовлена из отдельных компонентов, которые отбирают по индивидуальным свойствам. Например, продольные элементы можно изготовить из материала с нужной прочностью на растяжение и сопротивлением ползучести, а поперечные направляющие отклоняющие элементы могут быть изготовлены из материала, обладающего нужной износостойкостью и стабильностью под воздействием вызывающего эрозию контакта с потоками частиц. Растяжимыми элементами могут быть ткани, покрытые арамидом или полиэфиром для повышения сопротивления истиранию. Поперечные элементы могут быть изготовлены из полиэтилена со сверхвысокой молекулярной массой, который обладает высокой стойкостью к эрозии, вызываемой частицами.

Направляющие отклоняющие поверхности могут быть относительно жесткими и недеформируемыми. В альтернативном варианте направляющие отклоняющие поверхности могут деформироваться при определенных скоростях ленты, в результате чего получают нужную геометрическую форму ленты в процессе использования. Так, лента может и не обладать нужной геометрической формой в состоянии покоя, т.е. в момент монтажа на установке.

Далее, не каждый поперечный элемент должен иметь нужную геометрическую форму с направляющими отклоняющими поверхностями.

Результаты экспериментов показывают, что, несмотря на то, что ленты нужной геометрической формы испытывают значительный износ в процессе использования в системах ленточных сепараторов, иногда даже сильный износ, требуемый острый угол, под которым располагаются направляющие отклоняющие поверхности, сохраняется во время всего периода использования ленты.

Предполагается, что ленты по настоящему изобретению позволят усовершенствовать процессы разделения с использованием конвейерной ленты, использующие другие принципы разделения, как описано в патенте США № 4874507 (упоминаемом здесь для сведения), включая электрофоретическое разделение жидкостей, магнитное разделение частиц, разделение частиц усилием сдвига и т. п.

Несмотря на то, что в данном описании раскрыты конкретные варианты осуществления изобретения, специалисты могут прибегнуть к различным модификациям и усовершенствованиям, которые будут входить в рамки изобретения.

Claims (18)

1. Система ленточного сепаратора для разделения составляющих смеси частиц, включающая первый электрод (16) и второй электрод (12), расположенные на противоположных сторонах от продольной осевой линии (25) и образующие электрическое поле, ленту (30), проницаемую для составляющих смеси частиц и предназначенную для перемещения составляющих смеси частиц, обладающих похожей средней способностью подвергаться воздействию электрического поля, в соответствующих противоположно направленных потоках вдоль продольного направления между первым и вторым электродами, при этом лента (30) во множестве позиций на ней имеет направляющие элементы с отклоняющей поверхностью (46), которая контактирует с составляющими смесь частицами и придает им поперечный импульс в направлении, поперечном продольному движению и к продольной осевой линии (25) сепаратора.

2. Система по п. 1, в которой направляющие элементы с отклоняющей поверхностью изготовлены из износостойкого неэлектропроводного материала.

3. Система по п. 1, в которой направляющие элементы с отклоняющей поверхностью изготовлены из материала, который включает продукты полимеризации, по меньшей мере, одного олефинового мономера.

4. Система п. 1, в которой направляющие элементы с отклоняющей поверхностью изготовлены из материала, который включает продукты полимеризации из группы, состоящей из фторполимеров и полиамидов.

5. Система по п.1, в которой в любой точке каждый направляющий элемент с отклоняющей поверхностью образует угол (99) с направлением движения ленты, составляющий 10-60°.

6. Система по п.5, в которой угол составляет 15-45°.

7. Система по п. 1, в которой в любой точке каждый направляющий элемент с отклоняющей поверхностью образует угол относительно направления движения ленты, который выбирают так, чтобы уменьшить контакт между противонаправленными сегментами (19) и (17) ленты.

8. Система по п. 1, в которой в любой точке каждый направляющий элемент с отклоняющей поверхностью образует угол относительно направления движения ленты, который выбирается так, чтобы получить, по меньшей мере, одну из следующих характеристик:

- максимальную пропускную способность системы ленточного сепаратора,

- максимальную способность разделять конкретную смесь частиц.

9. Способ разделения частиц в камере разделения удлиненной формы, имеющей пару противоположных электродов (50 и 52), между поверхностями которых образуется электрическое поле, при котором смесь частиц перемещают конвейером в противоположных направлениях между противоположными поверхностями электродов и вдоль удлиненного размера при помощи конвейерного элемента (30), отличающийся тем, что смеси частиц сообщают компонент скорости в направлении, поперечном направлению удлиненного размера, и в направлении к продольной осевой линии (25) конвейера между поверхностями противоположных электродов при помощи направляющих элементов с отклоняющей поверхностью (46), расположенных в ряде позиций на конвейерном элементе.

10. Способ по п.9, при котором конвейерный элемент является бесконечной лентой, имеющей структуру открытой решетки.

11. Способ по п.9, при котором направляющий элемент с отклоняющей поверхностью расположен на конвейерном элементе так, что примыкает к одной из поверхностей электродов, и в любой точке каждый направляющий элемент с отклоняющей поверхностью образует острый угол (99) с примыкающей поверхностью электрода.

12. Способ по п.11, при котором перпендикулярная составляющая скорости направлена от примыкающей поверхности электрода.

13. Способ по п.9, при котором в процессе придания смеси частиц перпендикулярной составляющей скорости конвейерный элемент испытывает силу противодействия, которая заставляет конвейерный элемент сталкиваться с примыкающей поверхностью электрода.

14. Способ по п.13, при котором сила противодействия достаточна для предотвращения контакта между различными сегментами конвейерного элемента, движущимися в противоположных направлениях между поверхностями противоположных электродов.

15. Способ по п.11, при котором угол составляет 10-60°.

16. Способ по п.11, при котором угол составляет 15-45°.

17. Способ по п.9, при котором конвейерный элемент содержит противонаправленные сегменты (17) и (19), движущиеся в противоположных направлениях.

18. Способ по п.17, при котором противонаправленные сегменты отклоняются от продольной осевой линии (25) между противонаправленными сегментами конвейерного элемента.