NO833991L - Elektrodynamisk separator - Google Patents

Abstract

Elektrodynamisk partikkelseparator av ionebombarderingstype, som utnytter en roterende oppsamlingsvals (10) og ei gitterplate med et antall ioneutladningselektroder. (24) anordnet rundt en vesentlig del av oppsamlingsvalsens periferi for å utsette en strøm av partikkelformet materiale (20) som passerer derimellom for et vesentlig bredt ionefelt, hvorved ikke-ledende partikler (36) fastholder ioner som de tar imot og tiltrekkes derved av oppsamlingsvalsens jordede overflate, mens ledende partikler (38) som mottar ioner raskt mister sin ladning og derfor har mindre tiltrekning mot jordpotensialet og faller nedover ved sin vekt. Et bevegelig gitter (22) er plassert i partikkelmaterialstrømmen nedenfor ionefeltet for å separere de ikke-ledende partiklene som tiltrekkes av valsen og faller hovedsaklig nedenfor denne, fra de ledende partiklene som faller ved påvirkning av sin vekt.

Description

Elektrodynamisk separator

Foreliggende oppfinnelse angår generelt separering

av partikler ved å utsette en strøm av partikkelformet materiale for et ionebombardement, hvorved en del av partiklene av relativt sett ledende av natur, raskt avgir eller avleder ioner som de fanger opp. Selv om dette er en framgangsmåte for ionebombardering, klassifiseres det ofte gjennom lang anvendelse som elektrostatisk separasjon, f.eks. dielektrisk separasjon, elektrisk ladningsbevegelse ved oppvarming og avkjøling, og konduktiv induksjon. Framgangsmåten for ionebombardering er egentlig elektrodynamisk av natur, ettersom det finnes en virkelig ionestrøm fra den ladde elektroden.

Da anordninger for alle disse framgangsmåtene er kjent, optimerer oppfinnelsen framgangsmåten for ionesepar-ering ved å utsette den partikkelformede materialstrømmen for en i hovedsak jevn ionestrøm fra et antall utladnings-elektroder over ei betydelig flate mens strømmen passerer derimellom, og faller fritt fra overflaten på en jordet oppsamlingsvals og et bøyd gitter, som strekker seg rundt vals-overflaten, hvorpå ioneutladningselektrodene er montert.

Ved kjente anordninger som utnytter ionebombarderingsprinsippet, bringes det partikkelformede materialet først i kontakt med overflata på en roterende oppsamlingsvalse, mens en vesentlig ionepunktkilde rettes mot materialet mens dette fremdeles bæres oppe av oppsamlingsvalsen. Denne pros-essen er ineffektiv på flere punkter. Eksempelvis må oppsamlingsvalsen rotere relativt sakte mens laget av partikkelformet materiale på dens overflate forhindrer separering av de ikke-ledende partiklene fra de ledende partiklene under den jamførelsesvis svake kraften fra de bombarderende ionene. Den foreliggende oppfinnelsen optimerer framgangs måten for partikkelseparasjon ved å rette den innkommende strømmen av partikkelformet material i korthet mot et smalt parti av overflaten av oppsamlingsvalsen og deretter umiddelbart la materialet falle ned i et fritt rom mellom oppsamlingsvalsen og ei gitterplate med et antall ioneutladningselektroder. Å utsette partikkelmaterialstrømmen for et fritt fall hjelper til med å fysisk separere partiklene, slik at de i større utstrekning kan ekspanderes for et ionefelt og dermed forbedre framgangsmåten for separering. Oppfinnelsen er særskilt tilpasset til å separere jord fra treflis, fortrinnsvis usiktet treflis med fuktighetsinnhold på opp imot

Ved å rette den fritt fallende strømmen mellom overflaten på den roterende kontaktvalsen og gitteret innehold-

ende ioneutladningselektrodene, kan de ikke-ledende partik-

lene som opptar en ladning, lett tiltrekkes av det lavere potensialet på den jordede kontaktvalsen. Disse ikke-ledende partiklene vandrer mot oppsamlingsvalsen der de enten tiltrekkes av dens overflate eller faller forbi den samme. Ved - hengte partikler skrapes av, men under alle forhold tvinges de ikke-ledende partiklene ut av den fritt fallende material-strømmen av kraften fra deres elektriske potensial i forhold til den jordede kontaktvalsen. De rettes derved mot et punkt på en avstand fra den fallende strømmen av de andre, ledende partiklene, som i hovedsak faller nedover under påvirkning av deres moment og vekt.

Ei bevegelig rist på den øvre enden av ei renne er plassert i de fritt fallende materialstrømmene ved et punkt nedenfor det der de ikke-ledende og ledende partiklene separeres .

Strømmen av ledende partikler ledes deretter opp

på overflaten av en annen kontaktrulle, hvorpå i hovedsak samme framgangsmåte gjentas slik at de separerte, ikke-ledende partiklene fra dette andre passet samles opp med de ikke-ledende partiklene fra det første passet for å øke effekten av den ikke-ledende/ledende separasjonen. Denne anordningen kan derved gi laveffektforbruk for å opprettholde det elektriske ionefeltet, f.eks. omtrent 5W pr. decimeter av trom-meloverflatas lengde. Ved å anordne et regulerbart gitter ved den øvre kanten av rennene som separerer strømmene av separerte partikler i begge passene, kan anordningens effekt

og fleksibilitet lett reguleres. På grunn av sandens og grusens ikke-ledende egenskaper, er dessuten denne anordningen som utnytter ionebombarderingsprinsippet, særskilt gunstig for bearbeiding av treflis for separasjon av sand, grus og jord.

Et formål med den foreliggende oppfinnelsen er således å skaffe en anordning som utnytter ionebombarderingsprinsippet for å gi en mer effektiv separasjon av ikke-ledende og ledende partikler.

Et annet formål med oppfinnelsen er skaffe en anordning som utnytter ionebombarderingsprinsippet, hvorved et flertall ioneutladningselektroder er anordnet i et mønster på avstand fra overflata på en roterende kontaktrull, hvori-

mellom en fritt fallende strøm av partikkelformet materiale passerer.

Enda et formål er å skaffe en anordning for partikkelseparasjon ved ionebombardering, hvorved den ledende delen av partiklene flere ganger ledes gjennom ionebombarderings-prosessen for å ytterligere forbedre anordningens totaleffekt.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet nedenfor

med henvisning til vedlagte tegninger, der:

fig. 1 er et sideriss av anordningen, delvis i skjematisk form, og oppviser ioneutladningselektrodenes stilling i forhold til den fallende strømmen av partikkelformet materiale, og

fig. 2 er et noe forstørret riss av en del av anordningen ifølge fig. 1, hvorved de resulterende kraftvektorene på enkelte partikler vises på relativt sett kortere og lengre avstand fra kontaktrullens overflate.

Som det framgår av fig. 1, ledes en strøm av innkommende partikkelformet materiale 20 som skal separeres, av en materanordning 14, som kan være av vibrasjonstype, i pilas 21 retning mot periferioverflaten på en oppsamlingsvals 10

som roterer i pilas retning. Oppsamlingsvalsens overflate er tilsluttet til jordpotensialet ved 11. Det innkommende partikkelformede materialet, f.eks. treflis inneholdende jord, sand, grus og andre liknende materialer som skal utskilles, passerer raskt mot og over et relativt lite øvre periferi-

parti av oppsamlingsrullens roterende overflate og begynner et fritt fall langs en kastebane som bestemmes av partiklenes vekt og moment. En gitterplate 28 er anordnet rundt overflaten

på oppsamlingsvalsen 10 på avstand fra denne for å la det innkommende materialet passere mellom oppsamlingsvalsen og et antall ioneutladningselektroder 24, som er montert i gitterplata. Gitterplata kan være leddet, som vist, eller bøydjmen under alle forhold strekker den seg rundt den ene siden av oppsamlingsvalsen med sin nedre del hovedsaklig rett ned for ikke å påvirke fallet av materialets ledende deler.

En kilde 16 av likestrøm med høy spenning

(d.v.s. ca. 40-60 kw) er tilsluttet til gitterplata ved et potensial like under overslagspunktet, hvorved ioneutladningselektrodene 20 avgir en strøm av ioner, fortrinnsvis negative ioner (ved 27) i en retning hovedsaklig radielt mot oppsamlingsvalsens 10 periferioverflate for å fange opp (d.v.s. bom-bardere) partiklene som beveger seg derimellom. Disse ionene beveger seg i den maksimale spenningsgradientens retning mellom elektrodene og oppsamlingsvalsen.

Partiklene kan generelt klassifiseres som ledende

og ikke-ledende partikler, hvilket innebærer at de ikke-ledende partiklene tenderer til ikke å lede en elektrisk ladning, mens de ledende partiklene tenderer til å miste eller avlede en hvilken som helst ladning de kan motta. I ionebombarderings-anordningen ifølge oppfinnelsen, ekspanderes partiklene for ionene ved kollisjonen med dem.

Som det framgår av fig. 2, tenderer de ikke-ledende partikler 36 som har mottatt en ioneladning til å ha affinitet til den jordede oppsamlingsvalsens 10 overflate og enten feste seg ved den samme eller/bevege seg.mot den p.g.a. den tiltrekkingskraft. I hvert fall passerer de til venstre for det regulerbare gitteret 22 ved enten å bli skrapt av oppsamlingsvalsens overflate med en skrapeanordning eller falle nedenfor oppsamlingsvalsen etter å ha blitt avledet ut fra bevegelses-banen rundt valsen.

På den andre siden forblir de ledende partikler 38, som relativt raskt har avgitt en ladning de kan ha mottatt av de bombarderende ionene, hovedsaklig upåvirket i "sin beveg-elsesbane nedover fra overflaten på oppsamlingsvalsens 10

øvre kvadrant og derfor faller høyere om det regulerbare gitteret 22 og på den øvre lederenna 34.

Faktorer som påvirker partikkelseparasjon og pros-esseffekt er

1) tilført spenning,

2) partikkelens fuktighets innhold,

3) partikkelstørrelse,

4) det regulerbare gitterets stilling, og

5) matehastighet.

Hva gjeider den tilførte spenningen, så øker

den elektriske feltstyrken med spenningen og en større kraft tilføres på partikkelen slik at den forskyves en lengre strekning. Angående fuktigheten kreves en større kraft for å forskyve

en partikkel med bestemt størrelse hvis fuktighets innholdet er høyere. For partikkelstørrelsen gjelder at større part-

ikler tenderer til å beholde sin opprinnelige kastebane gjennom anordningen, mens mindre partikler forskyves størst avstand i retning mot oppsamlingsvalsen. Det regulerbare gitteret (se nedenfor) er en mekanisk måte for å styre strøm-ningsforholdet mellom ledende og ikke-ledende partikler.

Angående til slutt matehastigheten, gjelder at den totale separasjonseffekten faller med økt matehastighet. Derfor er en jevn fordeling ute ved oppsamlingsvalsens bredde viktig.

Fig. 2 viser også de resulterende kraftvektorene

44,46 på et par ikke-ledende partikler 43,45, hvilke er res-ultantene av nedadgående krefter p.g.a. vekt og moment og siderettede krefter avhengig av ionbombardementet. Dette viser også hvordan den resulterende kraften på partiklene er en funksjon av den sammes hastighet og stilling i ione-kraftfeltet. Deres hastighet er delvis en funksjon av den vinkel hvorunder materenna 14 leder det innkommende materialet mot overflaten av oppsamlingsvalsen. Ifall vinkelen er for liten, kommer materialet i kontakt med gitteret og sliter ut utladningselektrodene. Om vinkelen er for stor, tenderer materialet, inklusiv finledende partikler, til å hope seg opp på overflaten av oppsamlingsvalsen og motta samme ladning som den jordede oppsamlingsvalsen samt tiltrekkes tilbake til utladningselektrodene, hvorved arbeidskapasiteten reduseres.

Med henvisning på nytt til fig. 1, transporteres de ikke-ledende partikler som er skrapt av eller avledet nedenfor oppsamlingsvalsen, av ei øvre ikke-lederrenne 40 nedover og rundt baksida på en andre oppsamlingsvals 12, som er anordnet nedenfor den første valsen 10. Tilsvarende leder ei øvre lederrenne 34 de ledende partiklene nedover til ei andre, nedre materenne 48, som er beregnet på å mate de ledende partiklene til den andre oppsamlingsvalsens 12 øvre kvad-

rant på samme måte som materialet tilføres den første oppsamlingsvalsen 10.

Ei gitterplate 30 er formet rundt oppsamlingsvalsens 12 øvre og nedre kvadranter på den ene sida og plassert på avstand fra den samme overflata til dannelse av et rom der de bevegelige partiklene ekspanderes for et antall ioneutladningselektroder 26 som aktiveres av en likestrømkraftkilde 17 med høy spenning på en måte som angis i samband med den øvre oppsamlingsvaslen 10 og gitterplata 28.

Det partikkelmaterialet som faller ned mellom gitterplata 30 og valsen 12 og altså utgjør den ledende partikkeldelen fra valsen 10, inneholder fremdeles en del ikke-ledende partikler som ikke er separert ovenfor. Under påvirkning av ionebombarderingsutladningen 27 fra elektrodene 26, tvinges således gjenstående ikke-ledende partikler mot oppsamlingsvalsen 12, der de enten fester seg ved valseoverflaten og skrapes av med en skrapeanordning 19 eller tvinges av valsens 12 tiltrekkingskraft, som er jordet ved 13, til området til venstre for det regulerbare gitteret 23. Under alle forhold faller de sammen ned på en nedre, ikke-lederutmaterenne 42, der de kombineres med de tidligere separerte ikke-ledende partiklene som faller ned på den andre sida av den øvre ikke-lederenna 40. Partikkeldelen med hovedsaklig ledende partikler som er vesentlig upåvirket av ionebombardementet under sitt frie fall nedover,• ledes av ei nedre lederenne 35 til ei utmatingsrenne 50.

Således er de partikler som transporteres av de nedre utmatingsrennene 42 og 50 i hovedsak fullstendig separerte i ikke-ledende og ledende partikkeldeler. Ved innledningsvis å avsette innkommende materiale på overflata av en oppsamlingsvals og raskt separere partiklene under et relativt langt fritt fall mellom et antall ioneutladningselektroder rundt den ene sida av oppsamlingsvalsens periferi, eksponeres de ikke-ledende partiklene i lang tid før ionebombarderingsforholdet. Dette øker sammen med det andre passet, partikkelseparasjonens effektivitet og resultat.

Claims (7)

1. Elektrisk separator av ionebombarderingstype for separering av en strøm av partikkelformet materiale (20) til ledende (38) og ikke-ledende (36) deler, hvorved separatoren omfatter en jordet oppsamlingsvals (10) og ei innmatings-renne (14) som tar imot materialet og leder det samme inn i anordningen, karakterisert ved at innmatingsrenna (14) er anordnet for å lede innkommende materiale til en øvre kvadrant på oppsamlingsvalsens overflate og av at den samme omfatter et gitterorgan (28) med et antall ioneutladningselektroder (24) anordnet på avstand i et mønster rundt et parti av oppsamlingsvalsens periferi for derved å avgrense et rom for passasje av partiklene på valsen og umiddelbart nedenfor den samme, der partiklene forlater valseoverflata, og utsette partiklene for et ione-bombardement, hvorved partiklene eksponeres for ionebombardementet i en vesentlig strekning av deres bevegelse rundt oppsamlingsvalsen forbi ioneutladningselektrodene, der de ikke-ledende partiklene mottar en ladning og derved tvinges mot oppsamlingsvalsen og der de ledende partiklene avleder hver ladning de påføres og fortsetter å falle fritt langs den banen de begynner på når de beveger seg forbi oppsamlingsvalsen, samt et separatororgan (22) som er anordnet nedenfor der innkommende partikkelformet materiale passerer mellom oppsamlingsvalsen og ioneutladningselektrodene, hvorved partiklenes ikke-ledende del faller på den ene sida derav og partiklenes ledende del på den andre sida for separat oppsamling.

2. Separator i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at innmatingsrenna (14) er selektivt innstillbar for å lede innkommende materiale mot et relativt lite periferiparti av oppsamlingsvalsen (10) før materialet (20) innleder sitt frie fall mellom valsen og ioneutladningselektrodene (24) .

3. Separator i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at ioneutladningselektrodene (24) er koplet til en likestrømkilde (16) med høy spenning, hvorved elektrodene produserer et kraftfelt av ioner mellom elektrodene og oppsamlingsvalsens (10) overflate.

4. Separator i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at ioneutladningselektrodene (24) er montert i ei gitterplate (28) som i hovedsak følger oppsamlingsvalsens (10) periferi og delvis strekker seg nedenfor den samme for således å avgrense et ionebombarderingsrom som strekker seg fra omtrent der materialet (20) bringes i'kontakt med oppsamlingsvalsen til omtrent der separatororganet (22) fanger opp de nedover passerende partiklene.

5. Separator i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at separatororganet (22) omfatter et regulerbart gitter.

6. Separator i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved en andre jordet oppsamlingsvals (12) som er plassert nedenfor den første oppsamlingsvalsen (10) for å motta den ledende partikkeldelen (38) derifra, det antall elektrisk drevne ioneutladningselektroder (27) som er anordnet i et mønster på avstand fra den andre valsen for derved å avgrense et andre rom for å utsette den ledende partikkeldelen, som fra den første valsen opptas på den andre valsen og umiddelbart nedenfor der de forlater den andre valsens overflate, for et ionebombardement en andre gang, slik at de ikke-ledende partiklene deri mottar en ladning og tiltrekkes mot den andre valsens overflate, mens de ledende partiklene (38) tillates å falle under påvirkning av deres moment og vekt, samt et andre separatororgan (23) som er plassert nedenfor den andre valsen for å fange opp de separate strømmene av ikke-ledende og ledende partikler for separat oppsamling.

7. Separator i samsvar med patentkrav 6, karakterisert ved at de ikke-ledende partiklene fra de første og andre oppsamlingsvalsene samles opp sammen.