EP0844026B1 - Elektrostatiche Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische - Google Patents

Elektrostatiche Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische Download PDF

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EP0844026B1
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separating
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separation
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Hans-Jürgen Knauer
Ingo Dr. Stahl
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C7/00—Separating solids from solids by electrostatic effect
    • B03C7/006—Charging without electricity supply, e.g. by tribo-electricity or pyroelectricity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C7/00—Separating solids from solids by electrostatic effect
    • B03C7/02—Separators
    • B03C7/12—Separators with material falling free

Definitions

  • the invention relates to an electrostatic free fall separator mixtures of substances, e.g. for the separation of mineral raw materials or for Separation of plastic mixtures.
  • US A 2782923 describes an apparatus for processing ore Separator is an electrostatic free-fall separator that is also a tube electrode in the manner of a tubular gate.
  • Reverse polarity electrodes is a single voltage source connected so that there is a voltage gradient between these electrodes is available.
  • To influence the separation result is in the middle of the separation space another electrode of the same type in the direction of fall of the material to be separated Arranged type, whose potential can be regulated via a potentiometer, which is connected to the same voltage source is connected, can be varied.
  • One electrostatic separation is usually sufficient Not separator to selectively split into two components with satisfactory To separate purity. It is necessary to stage the products in two or more stages To separate plants. There are large funding paths between levels too overcome, the space requirement is considerable and the investment costs increase increasing number of stages.
  • a disadvantage of such multi-stage systems that in the Rule two and, in special cases, three or more separators, is that horizontal funding bodies, e.g. Screws, chain conveyors be required to switch intermediate fractions from one separator to the other to be able to promote others. In a system with two separators, there are two Horizontal conveyor required. The amount is increased by the horizontal conveyor circulating material significantly increased. This is essential with two Disadvantages connected.
  • the residence time of the goods increases Plant, which can lead to an increased discharge of the charged particles.
  • Discharge can occur through charge exchange between the charged particles take place, but also by contact of the particles with the wall materials of the Conveyor housing.
  • the other disadvantage of the increased circulation quantity is in that the setting of the separation equilibria is delayed. It is therefore the To solve the task, the generic free fall separator for electrostatic To further develop the separation so that the space requirement is the same or higher Separation performance drops and a stable operating condition is reached more quickly.
  • the electrodes receive their electrical potential via two separate voltage sources of different polarity.
  • One voltage source supplies a positive voltage against the potential earth and the other a negative voltage against the potential earth, whereby the potential difference against earth is zero in the middle of the separator.
  • the great advantage of this arrangement is that for a given field strength in the separation space and given the dimensions, the field strength between electrodes and housing drops to half the value, e.g. from the maximum permitted value of 2 KV / cm according to the DIN standard to only 1 KV / cm.
  • the voltage distribution according to the invention thus makes it possible to halve the safety distances between electrodes and housing with otherwise the same separation performance. This alone can reduce the volume of a separator from 8.6 to 3.8 m 3 for a throughput of 1 t / h, for example.
  • the Increase the field strength in the separation space without at the same time the distances to the housing need to increase. Because the higher field strength the particles in the field better can be deflected, the fall height can be reduced and thus the height can be saved be, or it can also coarser granules with given dimensions be separated.
  • a surface charge density is namely one spherical particles with radius r contribute to the deflection in the electric field constant field strength inversely proportional to the radius of the particle, i.e. at doubling the particle radius reduces the deflection by half. This, in turn, as far as the voltage resistance of the separator allows, compensate by doubling the field strength. With given dimensions a separator becomes the separation due to the voltage distribution allows coarser granules. This is particularly interesting when separating of plastic granules as part of the recycling of plastics.
  • the volume of the separator system for an installation with two separation stages can also be reduced. This is achieved by arranging two separation rooms in a row so that the electrode pairs, which each form a separation space, are close together lie and are separated from each other only by a non-conductive wall. there the electrodes of the same polarity are in alignment.
  • everyone who Separation rooms are with a separation room inlet in the usual design and at the lower end the drop distance with the known good discharges for medium goods, positively loaded goods and negatively charged goods.
  • each of the other good discharges can be chosen with one of the two Separation room inlets are connected via a conveyor unit.
  • the promotion expediently takes place pneumatically via a conveying fan or via a Elevator.
  • the separator system volume can be reduced from approx. 22 m 3 to 10 m 3 for a throughput of 1 t / h and two separation stages.
  • both features of the invention are combined with one another when building a plant with two separators and a predetermined grain size of a granulate to be separated, in the case of a 1 t / h plant the volume of the separator plant can be reduced from approx. 22 m 3 to approx. 6 m 3 . This corresponds to almost only a quarter of the volume of the system according to the state of the art.
  • Another advantage of the invention is that two horizontal conveyors be saved.
  • the housing 1 there are four rows of tube electrodes, the two pairs of electrodes Form 2a, 2b, arranged vertically so that the electrodes are the same Polarity in flight.
  • the electrode pairs are not electrical by one conductive wall 3 separated from each other and lie close together. It will two bounded by the wall 3 and the opposite electrodes 2a, 2b Separation spaces formed, each via a separation space inlet 4a, 4b each as Chute is trained to be loaded.
  • the position of the shaft 5a, 5b Separation tongues 6a, 6b set separately.
  • the separate voltage sources 9a and 9b are expediently in a shielded area of the Electrodes connected.
  • the polarity of the electrodes as well as the connection of the product outlets (7a, 7b) with the separating space inlets (4a, 4b) can be varied as desired, the advantages according to the invention occurring and a economic separation success is achieved.

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  • Electrostatic Separation (AREA)

Description

Die Erfindung beirifft einen elektrostatischen Freifallscheider zur Trennung von Stoffgemischen, z.B. zur Trennung mineralischer Rohstoffe oder auch zur Trennung von Kunststoffgemischen.
Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Freifallscheider bekannt, die alle nach dem gleichen Prinzip arbeiten. Die zu trennenden Partikel werden auf triboelektrischem Wege selektiv gegensinnig aufgeladen und fallen durch einen Trennraum, der durch ein Elektrodenpaar begrenzt wird, dessen Elektroden durch Anlegen einer Gleichspannung gegensätzliche elektrische Polarität aufweisen. Dabei können die Elektroden als Platten, umlaufende Bänder oder auch als Reihe feststehender oder drehbar gelagerter Röhren ausgebildet sein. Durch die entsprechend der Ladung erfolgende Auslenkung der Teilchen werden in der Regel drei Produkte erhalten, ein negativ aufgeladenes Gut, ein positiv aufgeladenes Gut und ein Mittelgut. Durch am Ende der Fallstrecke angebrachte Trennzungen kann die Qualität der Produkte gesteuert werden. Ein Scheider, der nach dem bekannten Prinzip arbeitet, ist in Schubert, Aufbereitung fester mineralischer Rohstoffe, Band II, S.233/234, Leipzig 1967, beschrieben. Nach der DE 26 09 048 ist bekannt, als Elektroden umlaufende Bänder aus leitfähigem Material zu verwenden. Ein Röhrenfreifallscheider zur Trennung von Kunststoffgemengen ist Stand der Technik nach der DE 44 38 704. Zur Verbesserung der Reinheit der Trennprodukte werden hiernach die an sich bekannten Röhren versetzt angeordnet, so dass sie auf Lücke zueinander stehen. Die Selektivität der Trennung kann dadurch verbessert werden.
Die US A 2782923 beschreibt einen Apparat zur Aufbereitung von Erz. Der Trennapparat ist ein elektrostatischer Freifallscheider der ebenfalls Röhrenelektroden in der Art eines Röhrengatters besitzt. An die in bekannter Art gegenüberliegenden Elektroden entgegengesetzter Polarität ist eine einzige Spannungsquelle angeschlossen, so dass zwischen diesen Elektroden ein Spannungsgefälle vorhanden ist. Zur Beeinflussung des Trennergebnisses ist in der Mitte des Trennraums in Fallrichtung des zu trennenden Gutes eine weitere Elektrode gleicher Bauart angeordnet, deren Potential regelbar über ein Potentiometer, welches an der gleichen Spannungsquelle angeschlossen ist, variiert werden kann.
Bei der elektrostatischen Trennung reicht normalerweise ein einziger Scheider nicht aus, um selektiv in zwei Komponenten mit zufriedenstellender Reinheit zu trennen. Es ist erforderlich, die Produkte in zwei- oder mehrstufigen Anlagen nachzutrennen. Es sind große Förderwege zwischen den Stufen zu überwinden, der Platzbedarf ist beträchtlich, und die Investitionskosten steigen mit zunehmender Stufenzahl. Ein Nachteil solcher mehrstufigen Anlagen, die in der Regel zwei und in speziellen Fällen auch drei oder mehr Scheider umfassen können, besteht darin, dass horizontale Förderorgane, z.B. Schnecken, Kettenförderer erforderlich werden, um Zwischenfraktionen wechselseitig von einem Scheider zum anderen befördem zu können. Bei einer Anlage mit zwei Scheidern sind zwei solcher Horizontalförderer erforderlich. Durch die Horizontalförderer wird die Menge an umlaufendem Fördergut beträchtlich erhöht. Dies ist mit zwei wesentlichen Nachteilen verbunden. Zum einen erhöht sich die Verweilzeit des Gutes in der Anlage, was zu einer erhöhten Entladung der aufgeladenen Teilchen führen kann. Die Entladung kann durch Ladungsaustausch zwischen den aufgeladenen Teilchen erfolgen, aber auch durch Kontakt der Teilchen mit den Wandmaterialien der Fördergerätegehäuse. Der andere Nachteil der erhöhten Umlaufmenge besteht darin, das sich die Einstellung der Trenngleichgewichte verzögert. Es ist daher die Aufgabe zu lösen, den gattungsgemäßen Freifallscheider zur elektrostatischen Trennung so weiterzubilden, dass der Raumbedarf bei gleicher oder höherer Trennleistung sinkt und ein stabiler Betrielbszustand schneller erreicht wird.
Die Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektroden ihr elektrisches Potential über zwei separate Spannungsquellen unterschiedlicher Polarität erhalten. Die eine Spannungsquelle liefert eine positive Spannung gegen das Potential Erde und die andere eine negative Spannung gegen das Potential Erde, wodurch in der Scheidermitte die Potentialdifferenz gegen Erde Null ist. Der große Vorteil dieser Anordnung liegt nun darin, dass bei vorgegebener Feldstärke im Trennraum und bei den gegebenen Abmessungen die Feldstärke zwischen Elektroden und Gehäuse auf den halben Wert absinkt, z.B. von dem nach der DIN-Norm maximal zulässigen Wert von 2 KV/cm auf nur noch 1 KV/cm. Durch die erfindungsgemäße Spannungsaufteilung wird somit eine Halbierung der Sicherheitsabstände zwischen Elektroden und Gehäuse bei ansonsten gleicher Trennleistung möglich. Allein dadurch lässt sich bei einem einzelnen Scheider das Scheiderbauvolumen zum Beispiel für einen Durchsatz von 1 t/h von 8,6 auf 3,8 m3 reduzieren.
Alternativ lässt sich statt der Reduzierung der Gehäuseabstände auch die Feldstärke im Trennraum erhöhen, ohne gleichzeitig die Abstände zum Gehäuse hin erhöhen zu müssen. Da durch die höhere Feldstärke die Teilchen im Feld besser ausgelenkt werden, kann die Fallhöhe vermindert und damit Bauhöhe eingespart werden, oder es kann bei vorgegebenen Abmessungen auch gröberes Granulat getrennt werden. Bei vorgegebener Oberflächenladungsdichte ist nämlich bei einem kugelförmigen Teilchen mit dem Radius r die Auslenkung im elektrischen Feld bei konstanter Feldstärke umgekehrt proportional dem Radius des Teilchens, d.h. bei einer Verdoppelung des Teilchenradius verringert sich die Auslenkung auf die Hälfte. Dies wiederum läßt sich, soweit es die Spannungsfestigkeit des Scheiders zulässt, durch eine Verdoppelung der Feldstärke kompensieren. Bei vorgegebenen Maßen eines Scheiders wird daher durch die Spannungsaufteilung die Auftrennung gröberen Granulats ermöglicht. Dies ist vor allem interessant, bei der Auftrennung von Kunststoffgranulat im Rahmen des Recyclings von Kunststoffen.
Nach einer besonderen Ausführung der Erfindung kann das Scheideranlagenvolumen für eine Anlage mit zwei Trennstufen zusätzlich reduziert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass zwei Trennräume in Reihe so angeordnet werden, dass die Elektrodenpaare, die jeweils einen Trennraum bilden, dicht nebeneinander liegen und nur durch eine nichtleitende Wand voneinander getrennt sind. Dabei befinden sich die Elektroden gleicher Polarität jeweils in einer Flucht. Jeder der Trennräume ist mit einem Trennraumeinlauf in üblicher Bauart und am unteren Ende der Fallstrecke mit den bekannten Gutausträgen für Mittelgut, positiv geladenes Gut und negativ geladenes Gut versehen. Dabei sind insgesamt mindestens zwei Produktausläufe vorhanden. Je nach Trennaufgabe und geforderter Trennproduktqualität kann jeder der übrigen Gutausträge wahlweise mit einem der beiden Trennraumeinläufe über ein Förderaggregat verbunden werden. Die Förderung erfolgt zweckmäßigerweise pneumatisch über Fördergebläse oder über einen Elevator.
Nach dieser Ausführung lässt sich z.B. für einen Durchsatz von 1 t/h und zwei Trennstufen das Scheideranlagenvolumen von ca. 22 m3 auf 10 m3 senken.
Werden beim Bau einer Anlage mit zwei Scheidern und vorgegebener Komgröße eines zu trennenden Granulates beide Erfindungsmerkmale miteinander kombiniert, lässt sich im Falle einer 1 t/h Anlage eine Reduzierung des Scheideranlagenvolumens von ca. 22 m3 auf ca. 6 m3 realisieren. Dies entspricht nahezu nur noch einem Viertel des Volumens der Anlage nach dem Stande der Technik.
Ein weiterer Voiteil der Erfindung besteht darin, dass zwei Horizontalförderorgane eingespart werden.
Die erfindungsgemäße technische Lösung wird nachfolgend anhand einer Trennvorrichtung mit zwei Trennstufen näher beschrieben. Dabei zeigen die
Figur 1 -
Frontansicht
Figur 2 -
Seitenansicht
Figur 3 -
Querschnitt in Höhe der Elektroden
Figur 4 -
Querschnitt durch den Auslaufbereich anhand einer Schaltung mit Vor- und Nachtrennung, Mittelgutrückführung und Ausfuhr von zwei Endprodukten
In dem Gehäuse 1 sind vier Reihen Röhrenelektroden, die zwei Elektrodenpaare 2a, 2b bilden, vertikal so angeordnet, dass sich die Elektroden gleicher Polarität in Flucht befinden. Die Elektrodenpaare sind durch eine elektrisch nicht leitende Wand 3 voneinander getrennt und liegen dicht nebeneinander. Es werden zwei durch die Wand 3 und die gegenüberliegenden Elektroden 2a, 2b begrenzte Trennräume gebildet, die über je einen Trennraumeinlauf 4a, 4b der jeweils als Schurre ausgebildet ist, beschickt werden. Über Wellen 5a, 5b wird die Stellung der Trennzungen 6a, 6b getrennt eingestellt. Die Trennprodukte positiv geladenes Produkt, Mittelgut, negativ geladenes Produkt fallen in die unter der Trennstrecke angebrachten Gutausträge 7a, 7b, wobei mindestens zwei Produktausträge vorhanden sind und die übrigen Gutausträge wahlweise mit einem der Förderaggregate 8a und 8b verbunden werden können. Die getrennten Spannungsquellen 9a und 9b werden zweckmäßigerweise in einem abgeschirmten Bereich der Elektroden angeschlossen.
Für die verschiedenen Trennaufgaben kann die Polung der Elektroden sowie die Verbindung der Gutausläufe (7a, 7b) mit den Trennraumeinläufen (4a, 4b) beliebig variiert werden, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile eintreten und ein wirtschaftlicher Trennerfolg erreicht wird.

Claims (6)

  1. Elektrostatische Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische, bestehend aus in einem Gehäuse (1) senkrecht angeordneten Elektroden gegensätzlicher Polarität, die ein Elektrodenpaar bilden, zwischen denen der Trennraum gebildet wird, einer Einlaufschurre, über die das zu trennende Gemisch im freien Fall in den Trennraum geführt wird sowie Auslaufvorrichtungen zur Ausfuhr der Trennprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Elektrode jeweils eine separate Spannungsquelle (9a, 9b) derart angeschlossen ist, daß die eine Quelle eine positive Spannung gegen das Potential Erde und die andere eine negative Spannung gegen das Potential Erde liefert und dadurch in Scheidermitte die Potentialdifferenz gegen Erde gleich Null ist.
  2. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Potentialdifferenz gegen Erde unabhängig vom Vorzeichen an beiden Elektroden gleich oder angenähert gleich ist und etwa je 20.000 bis 80.000 Volt beträgt, wodurch sich eine Gesamtpotentialdifferenz zwischen den Elektroden von 40.000 V bis 160.000 V ergibt.
  3. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden durch zwei dicht nebeneinander angeordnete Elektrodenpaare (2a, 2b) gebildet werden, die durch eine nichtleitende Wand (3) dergestalt voneinander getrennt sind, daß sich die Elektroden gleicher Polarität jeweils in einer Flucht befinden und dadurch zwei Trennräume bilden, die mit je einem Mittelgutauslauf und je einem Auslauf für das positiv bzw. negativ geladene Gut ausgestattet sind, wobei mindestens zwei Produktausläufe vorhanden sind und die übrigen Gutausläufe (7a, 7b) über ein Förderaggregat (8a, 8b) wahlweise mit einem der beiden Trennraumeinläufe (4a, 4b) verbunden sind.
  4. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden als Plattenelektroden, statische Röhrenelektroden, rotierende Röhrenelektroden oder als umlaufende Bänder ausgebildet sind.
  5. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderaggregat zwischen den Gutausläufen (7a, 7b) und den Trennraumeinläufen 4a, 4b) z.B. ein Elevator oder ein pneumatisch wirkendes Förderorgan ist.
  6. Elektrostatische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich unmittelbar vor dem Trennraumeinlauf (4a, 4b) eine Aufladevorrichtung befindet.
EP97117099A 1996-11-22 1997-10-02 Elektrostatiche Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische Expired - Lifetime EP0844026B1 (de)

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DE19648373A DE19648373C1 (de) 1996-11-22 1996-11-22 Elektrostatische Trennvorrichtung zur Sortierung triboelektrisch aufgeladener Stoffgemische

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