NL1024818C1 - Werkwijze voor het scheiden van deeltjes en inrichting daarvoor. - Google Patents

Description

\ »

Werkwijze voor het scheiden van deeltjes en inrichting daarvoor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het scheiden van een deeltjesfractie uit een deeltjesstroom waarbij de deeltjes van de deeltjesstroom in een in een houder aanwezig fluïdum onder invloed van de 5 zwaartekracht op basis van verschil in verticale snelheid worden gescheiden, en op een eerste plaats een eerste, relatief zware deeltjesfractie wordt verzameld, en op afstand van de eerste plaats op een tweede plaats een tweede relatief lichte deeltjesfractie wordt verzameld in respectievelijke 10 opvangmiddelen.

Een dergelijke werkwijze is in het vak bekend.

De onderhavige uitvinding beoogt de bekende werkwijze te verbeteren, en in het bijzonder een verbeterde scheiding mogelijk te maken waarbij de tweede fractie minder is 15 verontreinigd met deeltjes die in het licht van het type materiaal eigenlijk in de zware deeltjesfractie thuis horen en/of omgekeerd.

Hiertoe wordt de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt doordat het fluïdum ten opzichte van de opvangmidde-20 len wordt bewogen hetgeen een relatieve bewegingsrichting definieert, waarbij middelen aanwezig zijn voor het beperken van het bewegen van de te scheiden deeltjes ten opzichte van het fluïdum in de relatieve bewegingsrichting.

Verrassenderwijs is gevonden dat deeltjes welke niet 25 alleen qua dichtheid maar ook qua grootte en/of vorm van elkaar verschillen doelmatig op type materiaal van de deeltjes kunnen worden gescheiden. In de onderhavige aanvrage wordt onder de uitdrukking "scheiden onder invloed van de zwaartekracht op basis van verschil in verticale snelheid" verstaan 30 dat een oscillerende beweging in verticale richting (zoals bekend van jiggen) wordt vermeden en, meer algemeen, turbulentie, die spreiding van deeltjes in het horizontale vlak veroorzaakt, wordt vermeden. Derhalve zullen in de praktijk de deeltjes een baan beschrijven die slechts door de zwaarte-35 kracht en interactie met het fluïdum wordt bepaald, en niet H door andere door de inrichting op de deeltjes uitgeoefende krachten. Ten aanzien van de voorgaande bespreking van turbu- lentie wordt opgemerkt dat hierbij turbulentie ten gevolge H van het toevoeren van deeltjes aan het vloeibare medium bui- 5 ten beschouwing dient te worden gelaten. Met andere woorden, turbulentie heeft betrekking op de turbulentie van fluïdum in de houder in afwezigheid van de deeltjes. Onder "zware deel- tjes" worden in de onderhavige aanvrage deeltjes verstaan die snel door het fluïdum vallen dan andere deeltjes (de lichte 10 deeltjes). De relatieve bewegingsrichting maakt een hoek met de verticaal, de eerste en tweede opvangmiddelen zijn onder I een hoek met de verticaal geplaatst, waarbij de horizontale component van de relatieve bewegingsrichting niet loodrecht op de richting gedefinieerd door de lijn tussen de eerste en I 15 tweede opvangmiddelen staat.

I Het is mogelijk om het fluïdum stil te laten staan en de opvangmiddelen te bewegen. In een dergelijk geval dient de werkwijze zodanig te worden uitgevoerd dat de deeltjes-stroom pulsgewijs dient te worden toegevoerd of de toevoer 20 met de opvangmiddelen meebeweegt. De precieze dimensionering van de parameters behoeven voor de gewone vakman geen toelichting, aangezien zij middels routine-experimenten kunnen worden vastgesteld. Echter, volgens een voorkeursuitvoering wordt het fluïdum dwars op de verticaal gevoerd.

25 De toevoer van de deeltjesstroom en de opvangmidde len kunnen daarbij stationair blijven, hetgeen de technische constructie van de inrichting vereenvoudigt en een goede betrouwbaarheid tijdens bedrijf verzekert. Daarenboven is de turbulentie minimaal, hetgeen bij draagt aan een optimale 30 scheiding.

Bij voorkeur wordt het fluïdum door de middelen meegevoerd.

Aldus vervullen de middelen twee functie, namelijk het meevoeren van het fluïdum en het verbeteren van de schei-35 ding.

Aldus kan een uitstekende scheiding worden bewerkstelligd.

Bij voorkeur worden de deeltjes in een vat gebracht 3 met een in hoofdzaak cirkelvormige horizontale doorsnede, en het fluïdum in omtreksrichting uniform in het vat wordt rondgevoerd.

In een dergelijk geval worden de deeltjes bij voor-5 keur radiaal verdeeld in het fluïdum gebracht. In de praktijk zal een doelmatige scheiding in de buurt van de rotatie-as niet doelmatig zijn en wordt dit deel van het vat voor scheiding uitgesloten. Dit kan bijvoorbeeld door de aanwezigheid van een in het vat geplaatste cilinder. Bij voorkeur draait 10 deze verticaal geplaatste cilinder mee en zijn de schotten aan de cilinder bevestigd.

Het gebruik van een vat met een in hoofdzaak cirkelvormige horizontale doorsnede is goedkoop en levert weinig turbulentie op die de scheiding kan verstoren.

15 Volgens een voorkeursuitvoering wordt een houder ge bruikt waarbij de middelen worden gevormd door radiaal vanaf een centrale, verticaal in het vat geplaatste as naar de om-trekswand van het vat verlopende schotten.

Aldus kan het meevoeren van het fluïdum op eenvoudi-20 ge wijze worden gerealiseerd.

Bij voorkeur wordt een houder gebruikt waarbij de schotten op een afstand zijn geplaatst ten hoogste 3, bij voorkeur ten hoogste 2 en met de meeste voorkeur kleiner dan 1 keer de spreidingsdiameter van de zich het meest versprei-25 dende deeltjes van de zich het meest verspreidende deeltjes-fractie.

Volgens een voorkeursuitvoering wordt als het fluïdum een vloeibaar medium gebruikt.

In een vloeibaar medium is de valweerstand groter, 30 waardoor de valtijd wordt verlengd. Dit betekent dat de deeltjes over een grotere afstand in de relatieve richting kunnen worden meegevoerd, en een betere scheiding mogelijk is.

Volgens een zeer gunstige uitvoeringsvorm is het vloeibare medium een waterig medium, in het bijzonder water. 35 Water is een goedkoop, inert en niet-toxisch vloei baar medium.

Volgens een belangrijke toepassing wordt de deel-tjesstroom gevormd door deeltjes van een afvalstroom. Daarbij I zijn de af te scheiden deeltjes volgens een eerste uitvoe ringsvorm metaal-omvattende deeltjes. Het metaal kan worden verkocht waardoor een deel van de afvalstroom ten gelde kan worden gemaakt.

5 Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm zijn de deeltjes kunststofdeeltjes.

Aldus verschaft de uitvinding een werkwijze voor het scheiden van kunststoffen, zoals versnipperd afvalplastic.

De scheiding van kunststoffen blijkt uitstekend met 10 lucht als fluïdum te kunnen worden uitgevoerd.

Voor een verder verbeterde scheiding worden de deeltjes onderworpen aan een klasseerbehandeling alvorens in het fluïdum te worden gebracht.

Volgens een belangrijke uitvoeringsvorm, geschiedt 15 het in het vloeibare medium brengen op een deeltjesgrootte-afhankelijke wijze op verschillende plaatsen langs de relatieve bewegingsrichting, zodanig dat de grootste deeltjes zich het dichtst bij de opvangmiddelen bevinden.

Voor deeltjes van eenzelfde materiaal en vorm geldt 20 dat de valsnelheid nog afhangt van de deeltjesgrootte. Door de deeltjes te klasseren, en afhankelijk van de deeltjesgrootte op een andere plaats in de vloeistof te brengen, kan de spreiding door deeltjesgrootte vergaand worden teruggebracht. Wanneer hier wordt gesproken over "zich het dichtst 25 bij de opvangmiddelen bevinden" wordt hier de horizontale richtingscomponent bedoeld in de relatieve bewegingsrichting. Met voordeel wordt een trommel-stavenzeef toegepast. Hiermee blijkt het deeltjesgrootte-bereik van nog doelmatig te scheiden deeltjes significant te kunnen worden vergroot. Ook kan 30 met voordeel aan de scheiding met een vloeistof een scheiding met lucht als fluïdum voorafgaan.

Ofschoon de werkwijze volgens de uitvinding batch-gewijs kan worden bedreven, wordt deze bij voorkeur continu uitgevoerd. Hiertoe worden, volgens een voorkeursuitvoering, 35 de eerste relatief zware en de tweede relatief lichte deel-tjesfracties aan de onderzijde van de houder gescheiden via een respectievelijke afvoeropening in de houder afgevoerd.

Om op de bodem van de houder aangekomen deeltjes 5 doelmatig af te voeren, geschiedt dit bij voorkeur onder gebruikmaking van een jet-stroom.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het scheiden van deeltjes, welke inrichting een vat 5 omvat voorzien van radiaal vanaf een centrale, verticaal in het vat geplaatste as naar de omtrekswand van het vat verlopende schotten en het vat aan de onderzijde van het vat van ten minste twee opvangmiddelen is voorzien met eigen afvoer-middelen.

10 Bij voorkeur zijn middelen aanwezig voor het aan drijven van de schotten, welke in dat geval een voor bedrijf in het vat gebracht vloeibaar medium kunnen meevoeren.

Bij voorkeur zijn ten minste 10 schotten aanwezig, bij voorkeur ten minste 20 en met meer voorkeur ten minste 15 30.

Het geniet tevens de voorkeur als de omtrekswand van het vat die bij gebruik in contact is met het fluïdum is ingericht om met hetzelfde toerental als de as te draaien.

Dit is zeer eenvoudig te realiseren door de omtreks-20 wand en de schotten met. elkaar te verbinden. De voordelen zijn divers. Ten eerste wordt de mate van turbulentie verminderd, hetgeen bijdraagt aan een goede scheiding. Ten tweede kunnen geen deeltjes vastkomen te zitten tussen de draaiende en een stationaire omtrekswand, hetgeen de bedrijfszekerheid 25 vergroot.

De onderhavige uitvinding wordt thans toegelicht aan de hand van het volgende experiment en onder verwijzing naar de tekening, waarbij de enige figuur een inrichting voorstelt geschikt voor het uitvoeren van behandeling b).

30 De enige figuur toont een deels opgewerkte inrich ting 1 geschikt voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. De inrichting omvat een vat 2, met wand 3. In het vat 2 is een binnencilinder 4 aangebracht welke is voorzien van schotten 5 (slechts een beperkt aantal is weergege-35 ven. De gebruikte inrichting, met een diameter van 1 m had er 50). De binnencilinder 4 wordt aangedreven door een motor (niet weergegeven). Via een toevoergoot 6 kan over althans nagenoeg de volledige afstand tussen de buitenwand 3 van het I vat 2 en de binnencilinder 4 een te behandelen deeltjesstroom worden toegevoerd. Het door de schotten 5 meegevoerde vloeibare medium, zoals water, is tussen de schotten weinig turbulent en er kan een uitstekende scheiding worden bereikt. On-5 derin vat 2 bevinden zich stationaire opvangbakken 7, waarin de verschillende fracties worden opgevangen. De bodem van elke opvangbak 7 kan taps toelopen en een op een afvoerleidign aangesloten aan een bovenzijde open kanaal bevatten waar middels een jet-stroom uit een mondstuk in het kanaal terechtge-10 komen deeltjes worden afgevoerd (niet weergegeven). Tenslotte is (schematisch) een toevoeropening 8 weergegeven welke kan worden gebruikt voor het toevoeren van een vloeibaar medium dat te scheiden deeltjes bevat die een lagere dichtheid hebben dan het vloeibare medium, zoals het geval kan zijn bij 15 kunststof deeltjes zoals polyethyleen/polypropyleen deeltjesmengsels met water als fluïdum. In een dergelijk geval zijn aan de bovenzijde van het vat 2 opvangmiddelen voorzien voor het afvoeren van de gescheiden kunststof deeltjes.

Bij het experiment werd bodemas eerst gezeefd, on-20 derworpen aan een eerste scheiding (magnetisch) en vervolgens aan valscheiding.

Zeven

In een grootschalig experiment is bodemas van een 25 afvalverbrandingsinstallatie nat gezeefd waarbij, naast een zeer grove en een zeer fijne fractie, een fractie 2-6 mm en een fractie 50 micron - 2 mm zijn geproduceerd.

Magnetische scheiding

De 2-6 mm fractie is voorafgaand aan de scheiding op 30 valsnelheid in water eerst behandeld met een koprol wervel-stroomscheider, onder de condities uit Tabel 1. De gegevens van de voeding en de productstromen, zoals geschat uit analyses, zijn weergegeven in Tabel 2. Bij deze behandeling is gebruik gemaakt van een schelder met een magneetrotor met 18 35 polen (9 noordpolen en 9 zuidpolen), waarbij de rotor tegen de gebruikelijke richting in draaide met 1000 rotaties per minuut. Als met een veldwisseling de volledige rondgang van het magneetveld van de rotor op een vast punt wordt bedoeld, I 1 7 dan is de scheiding uitgevoerd bij (9*1000/60=) 150 veldwis-selingen per seconde. De veldsterkte was ca 0,3 Tesla op het oppervlak van de transportband die het materiaal over de mag-neetrotor voert. Het materiaal werd opgevangen op een niveau 5 ca 66 cm onder de as van de rotor in drie opvangbekken (1: verder dan 45 cm van de rotoras, 2: tussen 30 en 45 cm van de rotoras, en 3: dichter dan 30 cm van de rotoras). Bij het voeden werd ca 100 kg water aan de nat-gezeefde fractie toegevoegd, teneinde het vochtgehalte te verhogen tot 15%. Het 10 aantal veldwisselingen per seconde is ongebruikelijk laag gezien de deeltjesgrootte van de voeding. Echter, twee referen-tie-experimenten met kleine hoeveelheden voeding (Tabel 3) laten zien dat de hoeveelheid teruggewonnen non-ferro in het concentraat niet wezenlijk wordt verbeterd als de rotorsnel-15 heid wordt vergroot naar 2000 tpm, terwijl bij de hogere ro-torsnelheid licht-magnetische deeltjes worden meegevoerd naar de non-ferrofractie, met eventuele nadelige effecten voor de non-ferro producten.

Scheiding in vloeibaar medium (behandeling b)) 20 De producten 1 en 2 van deze eerste behandeling zijn samengevoegd en een deel daarvan, te weten ca 80 kg, is gescheiden op valsnelheid in water door het materiaal te voeden over de breedte van een ringvormige goot, met als zijkanten een buitencilinder met een diameter van 1 m en een concentri-25 sche binnencilinder met een diameter van 0.5 m, beide met vertikale (samenvallende) as en 1.0 m hoog, gevuld met water dat in een homogene rondgaande beweging werd gebracht en aan de onderzijde voorzien van zes gelijke opvangbekken, geordend in de omlooprichting. De waterbeweging werd opgewekt door een 30 ronddraaiende waaier van radiaal uitstekende schotten bevestigd aan de eveneens ronddraaiende binnencylinder (motorvermogen 2 kW). De schotten waren verbonden met een meedraaiende buitenwand voor het beperken van de turbulentie van het water. De ronddraaisnelheid bedroeg 5 tpm. De zware non-35 ferrofractie werd opgevangen in de eerste bak na het voe-dingspunt, en het lichte, aan non-ferrometaal verarmde product werd opgevangen in de twee volgende bakken. Belangrijk is dat deze natte scheiding er ook toe leidde dat de aan non- ferrometaal verarmde fractie aan organisch materiaal werd verarmd. Dit betekent dat dit materiaal, dat met name zand en steen bevat, minder risico heeft om door uitloging metalen aan de omgeving af te geven. Het is daarmee beter bruikbaar 5 geworden als materiaal voor wegenbouw en dergelijke. Het or- I ganische materiaal werd deels over de rand van het vat afge- voerd, en kwam deels in andere op de bodem van het vat aanwe- I zige opvangbakken terecht. Tabel 4 geeft het gewicht aan niet-metaal, aluminium en zware non-ferro in het lichte en H 10 zware product. Te zien is dat meer dan 90% bestaat uit zwaar I non-ferrometaal, dat weinig aluminium bevat (iets dat zeer I gunstig is voor de verkoopbaarheid van het zware non- I ferrometaal). De lichte fractie bevat vooral zand en enig I non-ferro, welke door middel van Magnusscheiding tot een alu- I 15 miniumconcentraat kunnen worden gescheiden. De grootte- fractie tussen 3,5 en 7 mm werd niet geanalyseerd aangezien I deze overduidelijk zeer weinig non-ferro bevatten en vooral I aluminium. Samengevat maakt de beschreven inrichting en de I werkwijze een uitstekende scheiding mogelijk, met grote door- I 20 zet, weinig slijtage en onder gebruikmaking van weinig ener- I gie in vergelijking met bekende werkwijzen.

I In de tabellen betekent een V' de betreffende me- I ting niet is uitgevoerd, gebruikelijk omdat de waarde onbe- I duidend werd geacht.

25 I Tabel 1: procescondities voorscheiding. Posities t.o.v. de as I van de rotor.

9

Roto r s nelbeid (tpm) -1000

Aantal polen 18

Band snelheid (m/s) 0.94

Bandbreedte (m) 0.75

Niveau schotten (vert, cm -66

Positie schot 1 (hor. cm 30

Positie schot 2 (hor. cm 45

Vochtgehalte voeding % 15

Voeding (kg) 1118

Voedingssnelheid (kg/s) 8.5 procestijd (min) 20 5 Tabel 2: Voeding, toegevoegd water en producten van voorscheiding.

Gewicht (kg)

Invoer gezeefd nat 1015

Water (toegevoegd) 103

Invoer droog 943

Water (totaal) 175

Totaal Invoer 1118

Product 1 droog 28

Product 2 droog 96

Product 3 droog 836

Zwaar non-ferro in 3 Niet detecteerbaar Aluminium in 3 2.5 10 Tabel 3: Resultaten bij 1000 tpm (boven) en bij 2000 tpm (onder) voor producten 1, 2, en 3.

I I “ I *ΪΊ I 55 I ** 1 iX4 17.4 / 311.4 350.2

I I alls I 25.6 Γ / '»6'n.3 I 7711. S I

o 6 ~~Z CT7 -, 5798". 53T9.9--11148.

3 5 ' 05__5 5 I T~ 36 5798. 13332. 19210.

t -9 05 71 66 I I I “ 1“«“ I "*« I I Tot I X 1B^U 58.28 277.92 372.31 I "6448 6963.3 I 3 0,1 0.73 8036 4306 123^· --3ΊΓ7--40Π--8S7Ü7--1X031.--19678 7"

Tot 7 3 78 92 53 I Tabel 4: Resultaten van de scheiding op valsnelheid in water 10 van ca 80 kg voorconcentraat van 2-6 mm nat gezeefde bodemas.

I XX Zn/cu steen Tot

Zwaar (g) (g) (g) (g) ΓΓΓ 4836.0- +5.6 an 3824.81 877.57 65 3 I -5.6 +4 T8T0 3160. Ö4 3253.1 45.02 BB 33 7 I 7 2Ί72Ό 7 ΊΦΣΌ I ---11009.-

Tot 13 I 15 I XX Zn/Cu steen Tot I (g) (g) (g) (kg) 459 :1---4504T8-- -3.5 an 177.741 5.141 08 0 » ' 11 -7""+3.5- ΓΓΓ7Ι 37.38 —+ΠI- 22775 ---65.27 tob

Claims (19)

1. Werkwijze voor het scheiden van een deeltjesfrac-tie uit een deeltjesstroom waarbij de deeltjes van de deel-tjesstroom in een in een houder aanwezig fluïdum onder invloed van de zwaartekracht op basis van verschil in verticale 5 snelheid worden gescheiden, en op een eerste plaats een eerste, relatief zware deeltjesfractie wordt verzameld, en op afstand van de eerste plaats op een tweede plaats een tweede relatief lichte deeltjesfractie wordt verzameld in respectievelijke opvangmiddelen, met het kenmerk/ dat fluïdum ten op-10 zichte van de opvangmiddelen wordt bewogen hetgeen een relatieve bewegingsrichting definieert, waarbij middelen aanwezig zijn voor het beperken van het bewegen van de te scheiden deeltjes ten opzichte van het fluïdum in de relatieve bewegingsrichting.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk/ dat het fluïdum dwars op de verticaal wordt gevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het fluïdum door de middelen wordt meegevoerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het ken-20 merk, dat de deeltjes in een vat worden gebracht met een in hoofdzaak cirkelvormige horizontale doorsnede, en het fluïdum in omtreksrichting uniform in het vat wordt rondgevoerd.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een houder wordt gebruikt waarbij de middelen worden ge-25 vormd door radiaal vanaf een centrale, verticaal in het vat geplaatste as naar de omtrekswand van het vat verlopende schotten.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een houder wordt gebruikt waarbij de schotten op een af-30 stand zijn geplaatst ten hoogste 3, bij voorkeur ten hoogste 2 en met de meeste voorkeur kleiner dan 1 keer de spreidings-diameter van de zich het meest verspreidende deeltjes van de zich het meest verspreidende deeltjesfractie.

7. Werkwijze volgens een van voorgaande conclusies, 35 met het kenmerk, dat als fluïdum een vloeibaar medium wordt I · gebruikt.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat een vloeibaar medium wordt gebruikt met een dichtheid geringer dan dat van de deeltjes.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het vloeibare medium een waterig medium is.

10. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de deeltjesstroom wordt gevormd door deeltjes van een afvalstroom.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de af te scheiden deeltjes metaal-omvattende deeltjes zijn.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de deeltjes kunststof deeltjes zijn.

13. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de deeltjes worden onderworpen aan een klasseerbehandeling alvorens in het fluïdum te worden gebracht.

14. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, 20 met het kenmerk, dat het in het fluïdum brengen op een deel-tjesgrootte-afhankelijke wijze op verschillende plaatsen langs de relatieve bewegingsrichting geschiedt, zodanig dat de grootste deeltjes zich het dichtst bij de opvangmiddelen bevinden.

15. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste relatief zware en de tweede relatief lichte deeltjesfracties aan de onderzijde de houder gescheiden via een respectievelijke afvoeropening in de houder worden afgevoerd.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat het afvoeren geschiedt onder gebruikmaking van een jetst room.

17. Inrichting voor het scheiden van deeltjes, welke inrichting een vat omvat voorzien van radiaal vanaf een cen- 35 trale, verticaal in het vat geplaatste as naar de omtrekswand van het vat verlopende schotten en het vat aan de onderzijde van het vat van ten minste twee opvangmiddelen is voorzien met eigen afvoermiddelen.

18. Inrichting volgens conclusie 17, met het kenmerk/ dat ten minste 10 schotten aanwezig zijn, bij voorkeur ten minste 20 en met meer voorkeur ten minste 30.

19. Inrichting volgens conclusie 16 of 17, met het 5 kenmerk, dat de omtrekswand van het vat die bij gebruik in contact is met het fluïdum is ingericht om met hetzelfde toerental als de as te draaien.