EP2506978B1

EP2506978B1 - Vorrichtung und verfahren zur trennung von unterschiedlich elektrisch leitfähigen partikeln

Info

Publication number: EP2506978B1
Application number: EP10785440.8A
Authority: EP
Inventors: Hubertus Exner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: DE102009056717A1; WO2011067402A1; ES2522090T3; DK2506978T3; SI2506978T1; PT2506978E; EP2506978A1; PL2506978T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von unterschiedlich elektrisch leitfähigen Partikeln eines Sortierguts, mit einem Wirbelstromabscheider mit einem rotierenden Magnetsystem mit einer Rotationsachse, und mit einer Transporteinrichtung, auf der das Sortiergut aus unterschiedlich leitfähigen Partikeln in einer Transportrichtung durch ein von dem Magnetsystem aufgespanntes Magnetfeld läuft.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Trennung von unterschiedlich elektrisch leitfähigen Partikeln, mit einem Wirbelstromabscheider mit einem rotierenden Magnetsystem mit einer Rotationsachse, bei dem Sortiergut aus unterschiedlich leitfähigen Partikeln über das Magnetsystem geführt wird.
Bei der Trennung von Wertstoffen, insbesondere im Zusammenhang mit dem Recycling, ist zunächst das Separieren von ferromagnetischen Stoffen, also insbesondere von Eisen, problemlos mittels einfacher magnetischer Verfahren möglich. Für die weitere Separation von Nicht-Eisen-Metallen untereinander und von Kunststoff und anderen nicht magnetischen Stoffen kann nach Entfernung der ferromagnetischen Materialien aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit eine Wirbelstromabscheidung erfolgen. Diese Sortierung mittels Wirbelstrom hat in den letzten 20 Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen.
Die Wirbelstromsortierung beruht auf zwei physikalischen Phänomenen: zum Einen werden zeitlich veränderliche magnetische Felder von einem elektrischen Feld begleitet (Induktionsgesetz) und zum Anderen bauen stromdurchflossene Leiter um sich ein elektrisches Feld auf (Biot-Savartsches Gesetz). Werden also gut leitende Partikel zusammen mit nicht leitenden Partikeln in ein magnetisches Feld bewegt, werden in dem Feld Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme wiederum rufen Magnetfelder hervor, die denen des magnetischen Wechselfeldes entgegen gerichtet sind. Es ergibt sich insgesamt eine abstoßende Kraftwirkung. Diese Kraftwirkung beschleunigt leitende Partikel in Form einer Wurfbewegung und entfernt sie auf diese Weise aus dem Massenstrom nicht leitender Partikel.
Dieser Effekt wird beispielsweise in einer aus der EP 0 898 496 B1 und der WO 97/44137 A1 bekannten und vielfach erfolgreich eingesetzten Vorrichtung genutzt. Das zu sortierende Material wird dort auf einem Förderband transportiert, welches an seinem Ende eine Abwurftromrnel besitzt. In dieser rotierenden Abwurftrommel befindet sich ein mit Permanentmagneten alternierender Polarität bestücktes Polrad, das entweder zentrisch oder wie gerade in der EP 0 898 496 B1 beschrieben exzentrisch angeordnet ist. Das Polrad rotiert mit einer höheren Umlaufgeschwindigkeit als die Abwurftrommel. Elektrisch gut leitende Partikel werden aus dem Materialstrom in Form einer Wurfparabel ausgelenkt und separat aufgefangen.
Dabei wird vorgeschlagen, die Wurfparabeln entweder parallel oder antiparallel zur Transportrichtung der Partikel vorzusehen, oder aber die Polräder senkrecht zur Transportrichtung der Partikel anzuordnen, um die Partikel seitlich von einem Förderband auszuschleusen.
Aus der DE 43 17 640 A1 ist ein modifizierter Vorschlag hierzu bekannt, bei dem zusätzlich vorgeschlagen wird, unterhalb eines Obertrums eines Fördergurtes zwei Polräder anzuordnen, deren Drehachse unter einem spitzen Winkel zur Transportrichtung verläuft. Dabei soll eines dieser beiden Polräder aus dem Förderstrom elektrisch leitende, nicht ferromagnetische Teile, beispielsweise Aluminiumteile, durch Erzeugung eines seitwärts gerichteten Beschleunigungsimpulses auf der einen Seite vom Förderband mit einer Wurfparabel in einen Sammelkasten austragen, und das andere Polrad die sich auf der anderen Seite der Mittelachse des Fördergurtes befindenden entsprechenden Aluminiumteile zur anderen Seite des Förderbandes hin austragen. Die elektrisch nicht leitenden Elemente laufen dann mit dem Förderband weiter.
Andere Konzepte arbeiten, wie in der DE 43 23 932 C1 vorgeschlagen mit einer Veränderung der Frequenz des Wechselfeldes durch eine variable Drehzahl und nutzen auf diese Weise die sich ändernde Wurfweite der leitenden Partikel.
Um eine noch bessere Trennung zu erreichen, wird in der EP 1 054 737 B1 vorgeschlagen, die zu sortierenden Teilchen vorab durch eine Kühlkammer zu führen und so die Leitfähigkeit zu erhöhen und Teilchen unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit besser voneinander trennen zu können.
In einer weiteren aus der DE 197 37 161 A1 bekannten Konzeption wird vorgeschlagen, die Verweilzeit der zu trennenden Partikel im Magnetfeld zu verlängern. Anstelle eines Polrades wird ein Scheibenmagnetscheider eingesetzt, auf dem die zu separierenden Teilchen unterschiedlich weit ausgelenkt werden. Problematisch bei einer solchen Konzeption ist der sehr hohe konstruktive Aufwand einerseits und die gegenseitige Behinderung der Partikel der verschiedenen Massenströme andererseits, die zu unvermeidlichen Fehlausträgen führen. Beides steht einer gewerblichen Nutzung erheblich im Wege.
Die ständig weiter zunehmenden Rohstoffpreise für metallische Reststoffe wie beispielsweise Aluminium einerseits und die ebenfalls ständig steigenden Anforderungen an die Reinheit entsprechend sortierter Rohstofffraktionen andererseits führen zu weiter steigenden Anforderungen an die Sortierqualität auch von Sortieranordnungen für Nichteisenmetalle.
Es besteht also einerseits ein hohes Interesse daran, dass sich in einer Rohstofffraktion aus einem ganz bestimmten Stoff, beispielsweise aus Aluminium, möglichst keine oder nur sehr wenige Fremdstoffe befinden. Ein hoher Fremdstoffanteil reduziert die Verwendungsmöglichkeiten und damit den Wert eines solchen Sortierproduktes dramatisch.
Andererseits führen die hohen Werte von Nichteisenmetallen dazu, dass in einem zu sortierenden Gemisch etwa aus Abfallstoffen befindliche Metallfraktionen auch tatsächlich, soweit möglich, einer Verwertung zugeführt werden, also beim Sortieren erkannt werden. Jedes beim Sortieren nicht erkannte Teilchen, beispielsweise ein nicht als Aluminium erkannter Aluminiumpartikel, der verworfen wird, stellt einen Verlust dieses Rohstoffes dar.
Die bekannten Sortieranlagen aus dem Stand der Technik, etwa die oben aufgeführten, liefern bereits gute Ergebnisse, es besteht jedoch ein erhebliches Interesse daran, die zur Verfügung stehenden Gemische noch besser zu verwerten und gleichzeitig die falsch zugeordneten Fremdpartikel in einer sortierten Fraktion weiter zu reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, die mit einem realistischen konstruktiven Aufwand eine möglichst gute Separation von nicht ferromagnetischen Partikeln anhand ihrer elektrischen Leitfähigkeit erzielen.
Diese Aufgabe wird mit der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Rotationsachse des Magnetsystems relativ zur Transportrichtung der Transporteinrichtung einen Winkel von mehr als 40° und weniger als 50° einnimmt, und dass die Rotationsrichtung des Magnetsystems um seine Rotationsachse so gerichtet ist, dass die vom Magnetfeld erfassten und betroffenen Partikel des Sortierguts mit einem Bewegungsimpuls entgegen der Transportrichtung der Transporteinrichtung beaufschlagt werden.
Bei einem gattungsgemäßen Verfahren wird erfindungsgemäß die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Rotationsachse des Magnetsystems relativ zur Transportrichtung des Sortierguts einen Winkel von mehr als 40° und weniger als 50° einnimmt und dass die Rotationsrichtung des Magnetsystems um seine Rotationsachse so gerichtet ist, dass die vom Magnetfeld erfassten und betroffenen Partikel des Sortierguts mit einem Bewegungsimpuls entgegen der Transportrichtung der Transporteinrichtung beaufschlagt werden.
Bevorzugt liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenso wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Winkel der Rotationsachse des Magnetsystems und der Transportrichtung der Transporteinrichtung bei 45°.
Die Vorrichtung und das Verfahren arbeiten also mit rotierenden Magnetsystemen, deren Rotationsachsen nicht, wie meist im Stand der Technik, senkrecht zur Transportrichtung stehen, sodass die zu sortierenden Partikeln eine mehr oder wenige große Wurfparabel im Bereich des Magnetsystems ausführen und so sortiert werden können, oder möglicherweise durch geschickt laufende Transporteinrichtungen teilweise mit einem Transportband in eine Richtung laufen und bei einer anderen elektrischen Leitfähigkeit das Transportband verlassen und aufgefangen werden können.
Der Winkel ist statt dessen schräg zur Transportrichtung, und liegt zwischen 40° und 50°, besonders bevorzugt um 45°.
Darüber hinaus wird anders als bei allen bekannten Wirbelstromabscheidern das Magnetsystem so eingestellt, dass es die zu sortierenden Partikel des Sortiergutes, die in das Magnetfeld geraten und aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften von diesem Magnetfeld auch betroffen sind, entgegen der Transportrichtung beaufschlagen.
Da das Magnetsystem um eine schräg zur Transportrichtung stehende Achse rotiert, werden die vom Magnetfeld betroffenen Partikel also nicht wie herkömmlich in Form einer Wurfparabel nach vorne oder auch wie in der DE 43 17 640 A1 vorgeschlagen zur Seite in Sammelbehälter aus dem Massenstrom heraus befördert, sondern ganz im Gegenteil, werden sie leicht schräg in eine "Richtung rückwärts" im Verhältnis zum ankommenden Strom weiterer Partikel des Sortiergutes zurückgestoßen. Sie verlassen das Transportband also nicht, sondern bewegen sich mit einer seitlichen Komponente auf diesem.
Nicht vom Magnetfeld betroffene Partikel, beispielsweise Kunststoffstückchen, laufen dagegen unbeeinflusst vom Magnetfeld geradeaus zusammen mit dem Transportband weiter.
Jeder Partikel des Sortiergutes, der mehr oder weniger vom Magnetfeld betroffen ist, wird also gerade in dem interessierenden Bereich um das Magnetsystem herum von zwei Kräften beaufschlagt. Zum Einen möchte ihn das Transportband vorwärts in Transportrichtung befördern, zum Anderen wird er durch das Magnetfeld schräg rückwärts beaufschlagt.
Nach dem kurzen Stück Rückwärtsbewegung lässt die Wirkung des Magnetfeldes natürlich nach, da dieses mit der Entfernung von dem Magnetsystem abnimmt. Es gewinnt dann wieder die seitens des Transportbandes ausgeübte Kraft in Richtung der Bewegung des Transportbandes die Überhand und fördert den gleichen Partikel wieder in Richtung zum Magnetfeld. Dort beginnt derselbe Effekt von vorn.
Das Teilchen bewegt sich also in einer Zickzacklinie immer wieder in Transportrichtung auf das Magnetsystem zu und dann schräg rückwärts von diesem weg.
Das führt dazu, dass miteinander zusammenhängende Teilchen oder solche, die sich gegenseitig verdecken oder ineinander verhakt sind in immer wieder neuen Konstellationen auf das Magnetsystem zu bewegt werden und auf diese Weise mehrere "Chancen" besitzen, in unterschiedlichen Anordnungen auf das Magnetfeld zu treffen. Die unterschiedlichen Kräfte führen dann dazu, dass ein mit einem Aluminiumpartikel verhaktes Kunststoffteilchen sich letztlich doch von diesem löst und in irgendeinem Moment unbeeinflusst vom Magnetfeld geradeaus mit dem Transportband läuft, während das Aluminiumteilchen wiederum schräg rückwärts gefördert wird.
Das hat den Effekt, dass jeder in Betracht kommende Partikel vom Magnetfeld mehrfach "überprüft" wird, ehe dann ein gemeinsames Ausschleusen aller dieser Partikel erfolgt, die jeweils diese mehrfache "Überprüfung" erfolgreich überstanden haben und damit eine sehr hohe und sehr definierte Reinheit dieses speziellen Partikeltypes garantieren können.
Bei jeder dieser Überprüfungen fallen jeweils Teilchen aus, die durch das Magnetfeld dann doch nicht betroffen sind und geradeaus auf dem Transportband durchlaufen.
Mit einer derartigen Konzeption entsteht eine Vorrichtung, die in der Lage ist, die Separation von Partikeln eines Sortierguts anhand ihrer unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit nicht durch unterschiedlich weite Wurfbewegungen festzustellen, sondern dadurch, dass die unterschiedlich leitfähigen nicht-Eisen-Metallpartikel abhängig von ihrer Leitfähigkeit aufgehalten, abgelenkt oder aber ungehindert ausgeschleust werden.
Zu diesem Zweck wird das Magnetsystem im Verhältnis zur Transporteinrichtung in einem schrägen Winkel platziert. Während bei einem Einsatz von Polrädern in Magnetsystemen bisher stets versucht wurde, eine möglichst effektive Bewegung der Partikel in der Transportrichtung oder gegebenenfalls auch gegen die Transportrichtung herbei zu führen und dann mittels unterschiedlicher Wurfparabeln eine Trennung vorzunehmen, erfolgt jetzt eine Trennung über eine Separation mit Mehrfachüberprüfung schräg zur Transportrichtung.
Bevorzugt wird dabei eine Anordnung so vorgenommen, dass die Längsachse des Magnetsystems in einem Winkel von 45° unter der Transporteinrichtung angeordnet wird.
Dabei treffen die auf der Transporteinrichtung, bevorzugt einem Transportband, liegenden Teilchen des aufgegebenen Sortierguts auf das Magnetfeld des rotierenden Magnetsystems. Dieses Magnetfeld durchdringt mit seinen Magnetlinien die Transporteinrichtung und bildet eine Art fiktive Wirbelstrombarriere. Diese Barriere wirkt nicht auf nicht leitendes Material, welches infolgedessen unbeeinflusst in Transportrichtung mit der Transporteinrichtung weiter läuft.
Das leitfähige Material wird jedoch ausgelenkt. Das rotierende Magnetsystem übt eine Kraft aus, die in etwa senkrecht zur Achse des rotierenden Magnetsystems wirkt und damit aufgrund der Schrägstellung der Rotationsachse in einem Winkel von bevorzugt 45° zur Transportrichtung.
Die einzelnen Partikel erfahren dadurch eine weitgehend unterdrückte Wurfbewegung rückwärts. Die Bewegung erfolgt nur über eine kurze Strecke, bis sich die Partikel hinreichend weit vom Zentrum des Magnetsystems entfernt haben. Dann laufen die Partikel wieder in Transportrichtung auf das Magnetsystem zu. Der Vorgang wiederholt sich dann mehrmals, da die Teilchen jeweils in einer Richtung von 45° schräg rückwärts entgegen der Transportrichtung der Transporteinrichtung ein kurzes Stück bewegen, ehe sie erneut umkehren und dann direkt in Transportrichtung wieder auf das Magnetsystem zulaufen.
Unbehindert wäre das eine zackenförmige Bewegung, die in ihrer Summe eine Vorwärtskomponente und eine Komponente quer zur Transportrichtung besitzt.
Dadurch erfolgt eine ständige Auflockerung und Relativbewegung der zu sortierenden Partikel zueinander. Diese trennen sich voneinander und auch von an ihnen anhaftenden leitfähigen beziehungsweise nicht leitfähigen Partikeln, da auf diese wie erörtert andere Kräfte wirken.
Insgesamt betrachtet, erfolgt die Bewegung der leitfähigen Partikel parallel zu der fiktiven Barriere und der Längsachse des rotierenden Magnetsystems. An dem Ende der Längsachse des rotierenden Magnetsystems, an dem keine magnetische Abstoßung mehr wirksam ist, beziehungsweise die magnetische Abstoßung rasch in ihrer Wirkung abnimmt, werden auch die leitfähigen Partikel dann vom Förderband in Transportrichtung mitgenommen und an dessen Ende ausgetragen.
Durch die permanente Auflockerung wird nicht leitfähiges Material auf der Ausdehnung der gesamten Barriere entfernt. Der besondere Vorteil ist, dass sich die zu trennenden Massenströme nicht behindern. Die Verminderung der Wurfbewegung führt weiterhin dazu, dass mit deutlich geringeren Drehzahlen das Polrad auch bei großen Partikeln gefahren werden kann.
Mit einer Erhöhung der Drehzahl des Polrades können andererseits auch sehr kleine Partikel beim Sortieren erfasst werden.
Diese relativ lang andauernde Beanspruchung durch Auflockerung und Umwälzung der Partikel des Sortierguts in der Barrierenzone über dem Polrad des Magnetsystems führt zu einer ständigen Nachreinigung des leitfähigen Stoffstromes. Das Ende der Barriere wird durch die Länge der Längsachse des Polrades bestimmt. Das Polrad sollte also so angeordnet werden, dass an seinem Ende die Barriere auch von den leitfähigen Teilchen überwunden werden kann und das leitfähige Material mit der Bandrichtung (im Falle der Verwendung eines Transportbandes als Transporteinrichtung) ausgetragen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine optimale zweistufige Betriebsweise erreicht. Hierzu wird ein zweites Polrad in einem zweiten Magnetsystem mit einer parallelen Längsachse so angeordnet, dass der Massenstrom des nicht leitenden Materials einer erneuten Reinigung unterzogen wird. Der hierbei entstehende Konzentratstrom aus leitfähigem Material wird mit dem Massenstrom leitfähigem Materials der ersten Barrierestufe vereinigt und ausgetragen.
Wird die Längsachse des zweiten Polrades verkürzt ausgeführt, besteht darüber hinaus die Möglichkeit, in einem dritten Massenstrom ein Zwischenprodukt zu erzeugen. Dieser dritte Massenstrom bewegt sich zwischen den Massenströmen des nicht leitfähigen und des leitfähigen Materials der ersten Stufe. Dieses Zwischenprodukt kann dann im Mittelbereich des Transportbandes separat abgezogen werden.
Dieses Zwischenprodukt kann ein anderes Material mit einer zwischen den Leitfähigkeiten der beiden ersten Stoffarten liegendes Produkt sein, es kann sich aber auch um ein durch mechanische Stofftrennung zuvor nicht vollständig materialreines Sortiergut handeln.
Es können in weiteren Ausführungsformen auch weitere zusätzliche Magnetsysteme mit Polrädern mit parallelen Längsachsen nachgeschaltet werden, um einen vielstufigen Reinigungsprozess zu erreichen.
In einer weiteren Ausführungsform werden zwei Magnetsysteme mit Polrädern eingesetzt, deren Längsachsen in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind und dadurch eine spiegelbildliche Anordnung von zwei Polrädern bilden. Zwischen den beiden Polrädern wird im Scheitelpunkt eine Öffnung für den Austrag der vereinigten Metallkonzentratströme vorgesehen. Die Materialaufgabe wird in diesem Falle zweckmäßig auf der linken und der rechten Seite des Transportbandes erfolgen. Dementsprechend werden auf beiden Transportbandseiten die Materialströme des nichtleitenden Materials ausgetragen. Zusätzliche Voraussetzung ist eine Vergrößerung, etwa eine Verdoppelung der Bandbreite.
Unerwartet ergibt sich durch die erfindungsgemäße Barrierenwirkung eine starke Verminderung des Korngrößeneinflusses auf die Trenngüte. Bei Tests hat sich gezeigt, dass deutlich breitere Korngrößenverteilungen gefahren werden können. Die bisherige bei Wirbelstromscheidern geltende Feinkorngrenze, die bei 1 mm Korngröße liegt, kann deutlich heruntergesetzt werden. Dadurch wird eine völlig neue Feinkornsortiertechnik durch Wirbelstromscheidung erreichbar.
Auf der anderen Seite sind auch Partikelgrößen bis zu 500 mm sortierbar. Bei einem sehr groben Material kann die Barrierewirkung verkürzt werden, indem die Aufgaberinne zur Mitte des Transportbandes verschoben wird. Dadurch wird der Austragsvorgang für das zu sortierende Material verkürzt und der Durchsatz erhöht.
In der Praxis hat es sich bewährt, wenn bei einer Verwendung eines Transportbandes mit einem Obertrum und einem Untertrum als Transporteinrichtung die Magnetsysteme mit den rotierenden Polrädern zwischen dem Obertrum und dem Untertrum angeordnet werden. Dadurch gelangen die Magnetsysteme mit ihrer Barrierewirkung parallel zur Rotationsachse besonders dicht unter das zu sortierende und auf dem Obertrum laufende Sortiergut.
Die Praxis hat bestätigt, dass die auftretenden Kräfte sehr fein dosiert werden können. Dabei ist es von Vorteil, dass das üblicherweise zu sortierende Material schon vorklassiert ist, so dass üblicherweise alle Partikel kugel- oder zylinderähnlich, wenn auch mit Zacken und Kanten, sind. Physikalisch beaufschlagt nämlich das Magnetfeld den unteren, dem Transportband benachbarten Bereich eines Partikels stärker als den oberen, vom Transportband am weitesten entfernten Bereich eines Partikels, auch wenn dieser Partikel sehr klein ist. Dies führt dazu, dass dem Partikel ein Drehimpuls gegeben wird, der den Partikel auf dem Transportband in eine Richtung rollen lässt, die diesem mitgegebenen Drehimpuls entspricht, jedenfalls bei Magnetfeldstärken, die nicht so groß sind, dass der komplette Partikel durch das Magnetfeld hindurch beschleunigt wird.
Dieser Effekt lässt sich bestätigen, wenn man versucht, anders geformte, beispielsweise plättchenförmig ausgebildete Partikel mit einem derartigen Wirbelstromscheider zu sortieren. Da plättchenförmigen Partikeln bei den entsprechenden Magnetfeldern aufgrund ihrer Form kein entsprechender Drehimpuls mitgegeben werden kann, werden diese genau in die Gegenrichtung wie kugel- oder zylinderförmige Partikel beaufschlagt; sie rollen also nicht entgegen der Transportrichtung des Transportbandes, sondern würden bei gleicher Rotationsrichtung des Magnetsystems sogar mit Kräften in die Transportrichtung beaufschlagt werden.
Diesem Effekt lässt sich jedoch dadurch Rechnung tragen, dass bei einem Sortiervorgang für ausschließlich plättchenförmige Parikel das Magnetsystem genau in entgegengesetzte Rotationsrichtung gedreht wird, um exakt den erfindungsgemäßen Vorgang auch für diese Partikel herzustellen.
In den Unteransprüchen sind weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung angegeben.
Im Folgenden werden anhand der Zeichnung drei Beispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2: eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 3: eine perspektivische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

In der Figur 1 wird links oben ein Sortiergut 10 mittels einer Aufgabeeinrichtung 20 zugeführt. Die Aufgabeeinrichtung 20 ist in dem dargestellten Beispiel eine Vibrationsrinne. Das Sortiergut 10 besteht aus einer Mischung von mehr oder weniger gut elektrisch leitenden Teilchen. Mit der dargestellten Ausführungsform sollen diese Teilchen voneinander getrennt werden in eine erste Materialfraktion aus nichtleitenden oder schlecht leitenden Teilchen 11 und eine zweite Materialfraktion aus gut leitenden oder jedenfalls besser leitenden Teilchen 12.
In der Aufgabeeinrichtung 20 ist das Sortiergut 10 noch gemischt und unsortiert.
Aus der Aufgabeeinrichtung 20 erfolgt die Aufgabe der Teilchen des Sortierguts 10, also des Materials, im Bereich 21 auf eine Transporteinrichtung 30.
Diese Transporteinrichtung 30 ist im dargestellten Beispiel ein Transportband mit einem Obertrum 31 und einem Untertrum 32. Das Transportband wird über zwei Rollen 33 und 34 gespannt. Eine der beiden Rollen 33, 34 dient dabei als Antrieb. Das Obertrum 31 läuft dabei in der Figur 1 von links oben nach rechts unten, also von dem Bereich 21 der Aufgabe des Sortierguts 10 weg auf den Betrachter zu.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, anstelle eines Transportbandes mit Obertrum 31 und Untertrum 32 eine andere Form einer Transporteinrichtung 30 zu wählen, etwa eine Förderrinne (nicht dargestellt).
Die zu sortierenden Teilchen des Sortierguts 10 werden auf das Obertrum 31 aufgegeben, und zwar, wie in der Figur 1 zu erkennen, benachbart zu einem ersten Randbereich 35 des Transportbandes.
Unterhalb des Obertrums 31 und in dem dargestellten Beispiel zwischen Obertrum 31 und Untertrum 32 befindet sich ein rotierendes Magnetsystem 40.
Das Magnetsystem 40 weist in der dargestellten Ausführungsform ein Polrad auf, welches um eine Achse 41 rotiert. Das Polrad kann je nach Ausführungsform sehr unterschiedlich aufgebaut sein und ein symmetrisches oder auch ein exzentrisches System von Magneten auf seinem Umfang besitzen.
Die Anordnung des Magnetsystems ist in der dargestellten Ausführungsform so gewählt, dass die Achse 41 sich in einem Winkel von 45° zur Transportrichtung der Transporteinrichtung 30 befindet.
Die Länge des Polrades oder Magnetsystems 40 in Richtung der Achse 41 ist so gewählt, dass sie sich zumindest in einer der beiden Richtungen nicht bis in den zweiten Randbereich 37 des Obertrums 31 erstreckt.
Das im Bereich 21 auf das Transportband beziehungsweise die Transporteinrichtung 30 aufgegebene Sortiergut 10 aus nicht leitenden 11 und leitenden 12 Teilchen wird nun von dem Bereich 21 auf dem Obertrum 31 in Richtung des Magnetsystems 40 gefördert. Dieses Magnetsystem 40 rotiert um die Achse 41.
Das führt nun dazu, dass die nicht leitenden Teilchen 11 ohne Beeinträchtigung auf dem Obertrum 31 der Transporteinrichtung 30 geradlinig weiter transportiert werden. Sie bleiben also in dem Randbereich 35 liegen.
Die leitfähigen Teilchen 12 hingegen werden von dem Magnetsystem 40 daran gehindert, dieses zu passieren. Das Magnetsystem 40 baut also eine Art selektive Barriere auf der Transporteinrichtung 30 auf. Diese Barriere verläuft parallel zur Achse 41 des Magnetsystems 40.
Die leitfähigen Teilchen 12 werden an dieser Barriere aber nicht etwa "nur" gestoppt, sondern es wird eine Kraft entgegen der Transportrichtung des Obertrums 31 auf sie ausgeübt. Sie bewegen sich dadurch entsprechend um ein geringes Stück auf dem Obertrum 31 entgegen dessen Transportrichtung.
Diese Bewegung erfolgt nur über einen kurzen Streckenabschnitt, da dann der Einfluss des Magnetsystems 40 auf die Teilchen 12 bereits wieder nachlässt. Diese Bewegung enthält auch eine Komponente senkrecht zur Transportrichtung des Obertrums 31, da das Polrad wie erwähnt in einem Winkel von 45° zur Transportrichtung steht.
Dies führt dazu, dass die Teilchen 12 jetzt in einer anderen Konstellation relativ zueinander an einem etwas weiter stromabliegenden und weiter von dem ersten Randbereich 35 weg hin zum mittleren Bereich 36 der Oberseite des Obertrums 31 erneut auf das Magnetsystem 40 stoßen. An dieser Stelle wiederholt sich der Vorgang.
Dies führt dazu, dass die Teilchen 11, 12 des Materials, die sich aufeinander befinden oder auch etwas ineinander verhakt haben oder aus verschiedenen Gründen etwa durch Feuchtigkeit oder dergleichen aneinander kleben mehrfach diese Abstoßung und Relativbewegung zum Obertrum 31 der Transporteinrichtung 30 durchmachen, sodass verhakte oder verklebte Teilchen sich voneinander lösen. Sowie ein nichtleitendes Teilchen selbständig auf die von dem Magnetsystem 40 aufgebaute selektive Barriere auf dem Obertrum 31 stößt, passiert es diese Barriere ungehindert, das es durch das Magnetsystem 40 nicht beeinflusst wird.
Die leitenden Teilchen 12 dagegen scheitern immer wieder bei dem Versuch, die selektive Barriere zu überwinden und bewegen sich dadurch stückweise entlang der von der Achse 41 des Magnetsystems 40 gebildeten Barriere quer über die Oberfläche des Obertrums 31 in Richtung hin zum anderen Randbereich 37 der Transporteinrichtung 30.
Erreichen sie diese andere Seite, so gelangen sie in den Bereich, in dem das Magnetsystem 40 endet und sein Einfluss abnimmt. Hier nun können auch die leitenden Teilchen 12 des Sortierguts 10 passieren und laufen auf dem Obertrum 31 der Transporteinrichtung 30 weiter.
Man sieht am stromabliegenden Ende des Obertrums 31 der Transporteinrichtung 30 im Bereich der zweiten Rolle 34, dass sich im Wesentlichen Teilchen der nichtleitenden Sorte 11 im Randbereich 35 und Teilchen der leitenden Sorte 12 des Sortierguts 10 im Randbereich 37 des Obertrums befinden und das Ende der Transporteinrichtung 30 erreichen.
Das Sortiergut ist somit in zwei Fraktionen getrennt und kann entsprechend über zwei geeignet aufgestellte Abnahmevorrichtungen 51 für die nichtleitenden Teilchen 11 und 52 für die leitenden Teilchen 12 aufgefangen und für eine Weiterverarbeitung genutzt werden.
Die Länge der Polräder des Magnetsystems 40 in Achsrichtung der Längsachse 41 ist also so gewählt, dass das an der selektiven Barriere aufgelockerte und gewissermaßen sortierte Material ungehindert in dem Randbereich 37 die Barriere verlassen und vom Transportband 30 im jeweils gegenüber liegenden Randbereich 37 zum Austrag an der Abnahmevorrichtung 52 gefördert werden kann.
Die Achse 41 des Magnetsystems 40 kann auch zur Horizontalen geneigt werden, ebenso auch die gesamte Einheit aus Magnetsystem 40 und Transporteinrichtung 30, um zusätzlich die Schwerkraft beim Sortiervorgang als weitere wirkende Kraft nutzen zu können. Dies kann sowohl längs als auch quer zur Transportrichtung der Transporteinrichtung 30 geschehen. Natürlich sollten dabei für die Sortierung sinnvolle Winkel von ±15° nicht überschritten werden.
Wie sich bei Tests gezeigt hat, funktioniert das Sortieren der beiden Sorten 11, 12 des Sortierguts so gut, dass sich die entsprechenden Fraktionen parallel in einem eindeutig erkennbaren Abstand voneinander parallel auf dem Obertrum 32 bewegen. Eine gegenseitige Behinderung ist praktisch ausgeschlossen und eine nach der Auflockerung in der Barriere erreichte Selektivität bleibt gewahrt.
In der Figur 2 ist eine Modifikation der Ausführungsform aus Figur 1 dargestellt. Auch hier wird unsortiertes und gemischtes Sortiergut 10 oben in einer Aufgabeeinrichtung 20 in einem Bereich 21 auf eine Transporteinrichtung 30 aufgegeben. Die Transporteinrichtung 30 ist auch hier wieder ein Transportband mit einem Obertrum 31 und einem Untertrum 32, das von zwei Rollen 33 und 34 aufgespannt wird und sich von dem Aufgabebereich 21 in Richtung zu zwei Abnahmevorrichtungen 51 und 52 bewegt.
Im Unterschied zu der Ausführungsform aus der Figur 1 sind hier zwei parallele Magnetsysteme 40 und 42 vorgesehen, die zueinander parallele Achsen 41 beziehungsweise 43 besitzen.
Es ist hier also dem ersten, unverändert bleibenden Magnetsystem 40 ein weiteres, parallel angeordnetes Magnetsystem 42 nachgeschaltet. Dieses zweite Magnetsystem 42 besitzt ein in Längsrichtung seiner Achse 43 kürzeres Polrad. Dieses kann zur Nachsortierung des Massenstromes des nichtleitenden Materialstromes, also des Stromes aus den nichtleitenden Teilchen 11 im Randbereich 35 des Obertrums 30 genutzt werden.
Es handelt sich also um Teilchen, die die erste Barriere überwunden haben. Der Grund dafür kann darin bestehen, dass es sich um nur geringe Leitfähigkeit aufweisende Teilchen handelt oder diese Teilchen mit nichtleitenden Teilchen so stark verhakt oder verbunden waren, dass die selektive Barriere durch das erste Magnetsystem 40 trotz einer an sich vorhandenen Leitfähigkeit überwunden werden konnte.
Da dieser Materialstrom aber durch das Ausschleusen der eindeutig als leitend erkannten Teilchen 12 anders zusammengesetzt ist, also noch vor dem Erreichen des ersten Magnetsystems 40, ist das zweite Magnetsystem 42 jetzt in der Lage, weitere dieser neu strukturiert zu sortierenden Teilchen doch als leitend zu erkennen und in ähnlicher Form, wie das erste Magnetsystem 40 durch mehrfaches Ausüben von Kräften relativ zur Transportrichtung der Transporteinrichtung 30 zur anderen Seite des Obertrums 31, also bis zum Randbereich 37 zu führen.
Bei hinreichender Breite der Transporteinrichtung 30 ist es auch möglich, hier eine quantitative Unterteilung in verschiedene Materialströme vorzunehmen, wenn also beispielsweise drei Fraktionen gebildet werden sollen. Dargestellt ist aber nur eine Aufteilung wiederum in zwei Fraktionen.
Natürlich ist es auch möglich (nicht dargestellt), mehrere der dargestellten Magnetscheideanlagen hintereinander zu betreiben, um Fraktionen unterschiedlicher Leitfähigkeit voneinander zu trennen, also Material, das aus verschiedenen (mehr als zwei) Metallen zusammengesetzt ist. Die Wahl der entsprechenden Magnetsysteme, ihre Rotationsgeschwindigkeit und die Relativgeschwindigkeit der Transporteinrichtungen 30 ebenso wie auch die Wahl des Winkels der Achsen 41 und 43 relativ zur Transporteinrichtung können genutzt werden, um unterschiedliche Leitfähigkeiten jeweils als Kriterien für eine Trennung zu nutzen.
In der Figur 3 ist eine dritte Ausführungsform gewählt, die ein weiteres Beispiel gibt, wie das erfindungsgemäße Konzept genutzt werden kann.
Hier ist ein sehr breites Transportband als Transporteinrichtung 30 gewählt. In dem dargestellten Beispiel sind zwei Aufgabeeinrichtungen 20 für Material 10 vorgesehen, die Material jeweils in den Randbereichen 35 und 37 des Transportbandes auf das Obertrum 31 aufgeben.
Hier sind zwei Magnetsysteme 40 und 42 vorgesehen, die anders als in der Figur 2 keine parallelen Achsen besitzen, sondern zwei Achsen 41 und 43, die sich schneiden und miteinander ein Dreieck bilden. Das Dreieck ist in der dargestellten Ausführungsform gleichschenklig, wobei die Winkelhalbierende des gleichschenkligen Dreiecks zugleich die Transportrichtung der Transporteinrichtung 30 ist.
In der dargestellten Ausführungsform wirkt dies nun so, dass die nichtleitenden Teilchen 11 in den Randbereichen 35 und 37 des Obertrums 31 der Transporteinrichtung verbleiben und weiter laufen, während die leitenden Teilchen 11 aus den beiden aufgegebenen Sortiergutströmen in eine Art fiktive Schleuse geführt werden, die im Schnittbereich der Längsachsen 41 und 43 der beiden Magnetsysteme 40 und 42 entsteht. In diesem mittleren Bereich 35 des Transportbandes der Transporteinrichtung 30 werden also die Konzentratströme aus den beiden leitenden Teilchenmengen 11 vereinigt und über das Transportband weiter ausgetragen.
Hier sind drei Abnahmevorrichtungen 51, 52 und 53 vorgesehen, die die drei Fraktionen an Teilchen abführen. Dabei ist gemäß der jetzt gegebenen Beschreibung in den Abnahmevorrichtungen 52 und 53 jeweils eine Fraktion aus nichtleitenden Teilchen 11 aufzufangen.
Denkbar wäre es natürlich auch, zwei unterschiedliche Arten von Sortiergut 10 in den Aufgabeeinrichtungen 20 zuzuführen und diese gegebenenfalls auch durch unterschiedliche oder unterschiedlich angeordnete Magnetsysteme 40 und 42 entsprechend behandeln zu lassen.
Im Folgenden wird anhand von fünf Beispielen 1 bis 5 jeweils ein Nachweis dafür gegeben, wie gut der Wirkungsgrad der Konzepte aus der Erfindung ist. Es handelt sich jeweils um durchgeführte Tests.

Beispiel 1:

Ein synthetisches Aluminium-Kunststoff-Gemisch im Verhältnis 1:4 mit einer Aufgabenkörnung zwischen 5 bis 20 mm und einem Durchsatz von 100 kg/h führt bei einmaligem Durchgang zu einem Metallkonzentrat von 99,8 % Aluminium bei einem nahezu vollständigen Aluminiumausbringen.

Die Betriebsparameter waren:

Bandgeschwindigkeit:	0,5 m/s
Polraddrehzahl:	1000 min^-1
Winkel des Polrades:	45°
Länge des Bandes:	2 m
Breite des Bandes:	1 m
Position des Polrades:	erstes Drittel des Transportbandes nach der Aufgabe.

Beispiel 2:

Das gleiche Gemisch wie in Beispiel 1, aber mit einer Körnung zwischen 0,5 und 1 mm bei einem Durchsatz von 50 kg/h erreicht ebenfalls bei einmaligem Durchgang eine Metallkonzentration von 99,2 % Aluminium bei einem ebenfalls fast vollständigen Aluminiumausbringen.

Die Betriebsparameter waren:

Bandgeschwindigkeit:	0,5 m/s
Polraddrehzahl:	2500 min^-1
Winkel des Polrades:	45°
Länge des Bandes:	2 m
Breite des Bandes:	1 m
Position des Polrades:	erstes Drittel des Transportbandes nach der Aufgabe.

Beispiel 3:

Zugrunde liegt ein reales Aluminium-Kunststoff-Gemisch aus der DSD-Sammlung, das mehrfach einer Hammermühle aufgegeben wurde. Als Korngrößenbereich wurde 0,5 bis 1 mm für die Sortierung herangezogen. Der Aluminiumgehalt der Aufgabe betrug 30 %. Nach einmaligem Durchgang mit einem Durchsatz von 50 kg/h wurde ein hochreines Aluminiumkonzentrat mit 98,9 % Aluminium gewonnen. Durch Nachsortierung auf einem nachgeschalteten Polrad (Figur 2) wird aus dem nicht leitenden Massenstrom ein Mittelgut mit 75 % Aluminium bei einem Massenausbringen von 15 % erzielt. Das Gesamtwertstoffausbringen liegt dann bei 65 %.

Die Betriebsparameter waren:

Beispiel 4:

Entsprechend Beispiel 3 wurde ein grobes Aluminium-Kunststoff-Gemisch aus der DSD-Sammlung mit einer breiten Kornverteilung zwischen 4 und 20 mm verwendet. Der Durchsatz betrug in diesem Fall 120 kg/h. Nach einem Durchlauf ergab sich ein Aluminiumkonzentrat mit 98,1 % Aluminium. Das Wertstoffausbringen liegt bei 74 % als Folge der Verwachsungen und Einschlüsse mit Kunststoff.

Die Betriebsparameter waren:

Beispiel 5:

Zur Überprüfung der unteren Korngrenze wurde synthetische Gemische aus den NE-Metallen beziehungsweise Legierungen, Kupfer, Zink, Blei, Messing, Zinn u. a. und Kunststoffen im Verhältnis 1:1 eingesetzt. Der Kornbereich war 0-125 µm. Bei einem Durchsatz von 35 kg/h gelang es, die Schwermetalle bis zu einer Körnung von 20 µm abzutrennen. Der Schermetallgehalt der erzeugten Kollektivkonzentrates betrug 99,5 %.

Die Betriebsparameter waren:

Beispiel 5:

Zur Überprüfung der unteren Korngrenze wurde synthetische Gemische aus den NE-Metallen beziehungsweise Legierungen Kupfer, Zink, Blei, Messing, Zinn u. a. und Kunststoffen im Verhältnis 1:1 eingesetzt. Der Kornbereich war 0-125 µm. Bei einem Durchsatz von 35 kg/h gelang es, die Schwermetalle bis zu einer Körnung von 20 µm abzutrennen. Der Schwermetallgehalt des erzeugten Kollektivkonzentrates betrug 99,5 %.

Die Betriebsparameter waren:

Bandgeschwindigkeit:	0,5 m/s
Polraddrehzahl:	2800 min^-1
Winkel des Polrades:	45°
Länge des Bandes:	2 m
Breite des Bandes:	1 m
Position des Polrades:	erstes Drittel des Transportbandes nach der Aufgabe.

Bezugszeichenliste

10: Sortiergut
11: nicht leitfähige Teilchen beziehungsweise nichtleitendes Material
12: leitfähige Teilchen beziehungsweise leitendes Material

20: Aufgabeeinrichtung, beispielsweise Vibrationsrinne
21: Abgabeposition der Aufgabeeinrichtung, Aufgabebereich auf die Transporteinrichtung

30: Transporteinrichtung, insbesondere Transportband
31: Obertrum des Transportbandes 30
32: Untertrum des Transportbandes 30
33: erste Rolle zum Spannen des Transportbandes 30
34: zweite Rolle zum Spannen des Transportbandes 30
35: erster Randbereich des Obertrums 31
36: mittlerer Bereich des Obertrums 31
37: anderer Randbereich des Obertrums 31

40: rotierendes Magnetsystem
41: Rotationsachse des Magnetsystems 40
42: weiteres Magnetsystem
43: Rotationsachse des weiteren Magnetsystems 42

51: erste Abnahmevorrichtung
52: zweite Abnahmevorrichtung
53: dritte Abnahmevorrichtung

Claims

Vorrichtung zur Trennung von unterschiedlich elektrisch leitfähigen Partikeln eines Sortierguts (10), mit einem Wirbelstromabscheider mit einem rotierenden Magnetsystem (40) mit einer Rotationsachse (41), und
mit einer Transporteinrichtung (30), auf der das Sortiergut (10) aus unterschiedlich leitfähigen Partikeln (11, 12) in einer Transportrichtung durch ein von dem Magnetsystem (40) aufgebautes Magnetfeld läuft,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotationsachse (41) des Magnetsystems (40) relativ zur Transportrichtung der Transporteinrichtung (30) einen Winkel von mehr als 40° und weniger als 50° einnimmt, und
dass die Rotationsrichtung des Magnetsystems (40) um seine Rotationsachse (41) so gerichtet ist, dass die vom Magnetfeld erfassten und betroffenen Partikel des Sortierguts (10) mit einem Bewegungsimpuls entgegen der Transportrichtung der Transporteinrichtung (30) beaufschlagt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Winkel der Rotationsachse (41) des Magnetsystems (40) und der Transportrichtung der Transporteinrichtung (30) bei 45°, liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Transporteinrichtung (30) ein Transportband mit Obertrum (31) und Untertrum (32) aufweist, und
dass das Magnetsystem (40) zwischen Obertrum (31) und Untertrum (32) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Magnetsystem (40) ein oder mehrere Polräder aufweist, und
dass die Rotation der Polräder des Magnetsystems (40) insbesondere so erfolgt, dass die Bewegung der Polräderoberfläche benachbart zu dem Sortiergut entgegen der Transportrichtung der Transporteinrichtung (30) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass weitere Magnetsysteme (42) vorgesehen sind, die unterhalb der gleichen Transporteinrichtung (30) angeordnet sind, insbesondere zwischen Obertrum (31) und Untertrum (32) des gleichen Transportbandes.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass das oder die weiteren Magnetsysteme (42) Rotationsachsen (43) besitzen, die parallel zur ersten Rotationsachse (41) des ersten Magnetsystems (40) angeordnet sind, und
dass die Erstreckung der weiteren Magnetsysteme (42) in Längsrichtung kürzer ist und einen Bereich der Transporteinrichtung frei lässt.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwei Magnetsysteme (40, 42) zueinander so angeordnet sind, dass ihre Rotationsachsen (41, 43) sich schneiden,
dass der Schnittpunkt der beiden Rotationsachsen (41, 43) unter, in oder über der Transporteinrichtung (30) und zwischen den beiden Längskanten der Transporteinrichtung (30) liegt, und
dass zwischen den Enden der Rotationsachsen (41, 43) ein Abstand vorgesehen ist, sodass der Schnittpunkt virtuell ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Transporteinrichtung (30) und das oder die Magnetsysteme (40, 42) eine Neigung von bis zu 15° zur Horizontalen in Transportrichtung der Transporteinrichtung (30) oder quer zur Transportrichtung aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufgabebereich (21) des Sortierguts (10) auf die Transporteinrichtung (30) nur auf einer Seite (35) der Transporteinrichtung erfolgt.
Verfahren zur Trennung von unterschiedlich elektrisch leitfähigen Partikeln, mit einem Wirbelstromabscheider mit einem rotierenden Magnetsystem (40) mit einer Rotationsachse (41),
bei dem Sortiergut (10) aus unterschiedlich leitfähigen Partikeln (11, 12) über das Magnetsystem (40) geführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotationsachse (41) des Magnetsystems (40) relativ zur Transportrichtung des Sortierguts (10) einen Winkel von mehr als 40° und weniger als 50° einnimmt, und
dass die Rotationsrichtung des Magnetsystems (40) um seine Rotationsachse (41) so gerichtet ist, dass die vom Magnetfeld erfassten und betroffenen Partikel des Sortierguts (10) mit einem Bewegungsimpuls entgegen der Transportrichtung der Transporteinrichtung (30) beaufschlagt werden.
Verfahren zur Trennung von unterschiedlich elektrisch leitfähigen Partikeln nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rotationsachse (41) des Magnetsystems (40) relativ zur Transportrichtung des Sortierguts (10) einen Winkel von 45° einnimmt.