NO834169L - Fremgangsmaate og apparat for separering av partikkelmaterial - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for separering av partikler med forskjellige egenskaper, særlig sådan fremgangsmåte og apparat hvor elektrostatisk separasjon av partikler finner sted ved hjelp av et elektrisk vekselfelt.

Forskjellige teknikker er tilgjengelig i industrien for separasjon av komponenter i en blanding av faste partikke materialer. I det tilfellet hvor de materialer som skal separeres f.eks. avviker vesentlig med hensyn til partikkelstørrelse, kan separasjon oppnås ved anvendelse av rist eller sikt. Hvor komponentene i bladningen avviker med hensyn til tetthet, er det mulig å oppnå separasjon ved anvendelse av fluidisert leie eller ved hjelp av skumflottas jon. Elektrostatiske separatorer er også kjent, hvor høyspenningsfelt anvendes for tiltrekning eller frastøtning av partikler for å oppnå separasjon av materialer hvis partikler avviker vesentlig ved elektriske ladninger oppnådd gjennom forskjellige elektriske lad-nignsprosesser.

Britisk patentskrift nr. 2.099.729A og det tilsvarende US-patentskrift nr. 4.357.234 (inneholdet i disse dokumenter inngår i foreliggende beskrivelse som referanse) beskriver en elektrostatisk fremgangsmåte og et apparat som kan anvendes for å separere partikler som har forskjellige fysiske egenskaper, f.eks. med hensyn til ledningsevne, masse, størrelse eller densitet.

Nevnte fremgangsmåte omfatter ladning av partiklene, hvor-etter disse partikler drives i retning fremover gjennom et elektrisk vekselfelt, særlig et felt som ikke har jevn intensitet i en retning vinkelrett på fremoverretningen, idet feltlinjene er krumme i perpendikulærretningen således at partiklene utsettes for en sentrifugalkraft i denne retningen, og denne sentrifugalkraft på hver partikkel er avhengig av partikkelens masse, størrelse og elektriske ladning, således at forskjellige partikler kan separeres innbyrdes langs nevnte perpendikulærretning.

Det nevnte apparat omfatter utstyr for å frembringe et vekslende elektrisk felt med forut bestemt lengdeutstrek-ning og bredde, hvor feltlinjene er krumme i feltets bredderetning. Videre omfatter apparatet utstyr for inn-føring av partiklene ved den ene ende av det elektriske felt på den side som vender bort fra feltlinjenes krumning, samt utstyr for å drive partiklene gjennom det elektriske felt i feltets lengderetning.

I foretrukket form omfatter dette apparat en første elektrode i form av en metallplate montert på en vanlig vibratormater.

En annen elektrode som også foreligger i form av en metallplate, er montert over den første elektrode i spiss vinkel med denne (typisk 12°) i en tverretning. I drift forbindes elektrodene med en høyspent vekselstrømskilde som frembringer et elektrisk vekselfelt mellom elektrodene. Feltlinjene vil være krumme på grunn av skråstillingen av den annen elektrode i forhold til den førs te.

En fallrenne er anordnet for å avgi en blanding av partik-kelmaterialer til oversiden av den første elektrode ved den ene ende av denne samt i nærheten av den side hvor det er minst avstand mellom første og annen elektrode. Vibratormateren er anordnet slik at partikler transporteres langs lengdeutstrekningen av den første elektrode.

De partikler som beveger seg langs lengdeutstrekningen av den første elektrode vil bli ladet på grunn av gnidningselektrisitet og/eller ledende oppladning. De krumme feltlinjer meddeler en sirkelbevegelse til de ladede partikler, hvilket har den virkning av disse partikler ut settes for en sentrifugalkraft. Partiklene vil således ha en tendens til bevegelse i en tverretning, særlig i den retning hvor de to elektroder divergerer.

Jo høyere ladning en partikkel har (sammenlignet med for-øvrig lignende partikler), eller, ved like ladninger, jo mindre eller lettere partikkelen er, dessto mer utpreget vil bevegelsen i nevnte tverretning være. Hvis f.eks. pulverisert flyveaske (PFA) forurenset med karbon tilføres apparatet, vil de tyngre, mindre oppladede flyveaske-partikler avvike lite fra den bevegelsesbane som fastlegges av vibratormateren, mens de lettere og sterkere oppladede karbonpartikler vil ha en tendens til å bevege seg i en tverretning under påvirkning av vekselfeltet. Bokser eller andre beholdere er anbragt på passende steder i forhold til den første elektrode for oppsamling av henholdsvis PFA-rike fraksjoner og karbon-rike fraksjoner.

Skjønt det ovenfor beskrevne apparat representerer et vesentlig fremskritt på dette fagområdet, er det funnet at apparatets drift kan forbedres på flere måter. En ulempe ved den beskrevne apparat er den høye feltintensitet og manglende ensartethet av feltet på den side hvor det foreligger minst avstand mellom de to elektroder. Feltinten-siteten i dette området medfører risiko for elektrisk nedbrytning (overslag) mellom elektrodene og kan videre hindre den rene separasjon av komponentene i den blanding som skal separeres.

En annen ulempe er spill av useparert material på den side av apparatet hvor avstanden mellom de to elektroder er minst. Skjermplater kunne anvendes for å hindre sådant spill, men skjermoverflaten ville danne en lekkasjebane som kunne føre til overslag mellom elektrodene.

Foreliggende oppfinnelse gir imidlertid nå en fremgangsmåte for separering av partikler med forskjellige fysiske egenskaper, og går ut på dannelse av et elektrisk vekselfelt, innføring av partiklene i feltet, oppladning av i det minste noen av partiklene, som bringes til bevegelse i feitet i en gitt retning.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har så som særtrekk at det opprettes et første område med feltlinjene krummet i en første retning hovedsakelig perpendikulært på nevnte gitte retning, samt et annet område med feltlinjer krummet i en annen retning som også er hovedsakelig perpendikulær på den gitte retning, således at et ladet partikkel som påvirkes av det elektriske felt i enten det første eller det annet område, utsettes for en kraft i henholdsvis første eller annen retning. Denne kraft på partikkelen vil ha en tendens til å separere denne partikkel langs vedkommende perpendikulærretning fra partikler med avvikende egenskaper. Vanligvis er nevnte første og annen renting hovedsakelig motsatt rettet, på tvers av nevnte gitte retning. Fortrinnsvis er nevnte første og annen retning anordnet med en innbyrdes vinkel fraTf^ 0,05 tilTfi 0,56 radianer, vanligvis ft'! 0,17

radianer.

Oppfinnelsen gjelder også et apparat for separering av partikler med forskjellige egenskaper, og som omfatter utstyr for å frembringe et vekselfelt, utstyr for å føre inn partiklene i feltet, samt utstyr for å bringe partiklene til bevegelse gjennom feltet i en gitt retning.

Apparatet har så som særtrekk at utstyret for å frembringe det elektriske felt er slik at feltet har et første område med feltlinjer krummet i en første retning hovedsakelig perpendikulær på nevnte gitte retning, samt har et annet område hvor feltlinjene er krummet i en annen retning, som vanligvis også er perpendikulær på nevnte gitte retning.

Vanligvis vil det elektriske felt-dannende utstyr og det utstyr som beveger partiklene være tilstrekkelig til at i det minste noen av partiklene lades opp ved ledende oppladning og/eller gnidningselektrisitet. Anordning av ytterligere innretning for oppladning av partiklene er imidlertid ikke utelukket i foreliggende apparat.

Fortrinnsvis er apparatet utført slik at utstyret for feltdannelse omfatter en første elektrodeinnretning som danner en første overflate, mens utstyret for partikkel-tilførsel er anordnet for å avgi partiklene til denne første overflate av den første elektrodeinnretning, idet utstyret for partikkelbevegelse er utført for å bevege partiklene langs nevnte første overflate i en gitt retning, mens det feltdannende utstyr også omfatter en annen elektrodeinnretning som danner en annen overflate og en tredje overflate, mens en kraftkilde er anordnet for å påtrykke en vekslende potensialforskjell mellom første og annen elektrodeinnretning samt å opprette et elektrisk vekselfelt som strekker seg mellom nevnte første overflate og nevnte annen og tredje overflate. Den annen overflate divergerer fra den første overflate mot den ene side av apparatet, mens den tredje overflate divergerer fra den første overflate mot den annen side av apparatet.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet under henvis-ning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er en perspektivskisse som viser hvorledes elektrodene er anordnet i et apparat i henhold til oppfinnelsen samt også hvorledes beholderne for oppsamling av de forskjellige separerte materialfraks joner er anbragt i apparatet . Fig. 2 viser de forskjellige komponenter i et apparat i henhold til oppfinnelsen sett fra siden. Fig. 3 er en skisse av samme art som i fig. 1, men som viser elektrodesystemets elektriske forbindelser med kraftkilden.

Fig. 4 viser deler av elektrodene sett forfra, og angir feltlinjene mellom elektrodene i drift.

I figurene er tilsvarende deler angitt med samme henvis-nings tall .

Det utførelseseksempel som er vist i fig. 1-4 omfatter en første elektrodeinnretning i form av en ledende plate av hovedsakelig plan rektangulær utførelse og som er montert i det vesentlige horisontalt. En annen elektrodeinnretning 2 er montert over den første elektrodeinnretning 1 og i avstand fra denne.

Den annen elektrodeinnretning 2 omfatter et midtstykke 3 i form av en langstrakt blokk med hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, idet midtstykket strekker seg parallelt med den første elektrodeinnretning i lengderetningen. Fra hver av de to langsider av midtstykket 3 rager det ut en vinge i form av en ledende plate 4. Undersiden av elektrodeinnretningen 2 (den elektrodeplate som vender mot den første elektrodeinnretning) er påført et sjikt 5 av dielektrisk material.

Hver plate 4 danner et rektangulært plan og har en hovedsakelig plan underside 6 som danner en vinkel (fortrinnsvis opp til 0,5 radianer og særlig fra 0,10 til 0,28 radianer) med den plane overside 7 av den første elektrodeinnretning 1. Den annen elektrodeinnretning har således form av et "omvendt tak" med midtstykket 3 i møne-punktet og de to sider 6 anordnet i en vinkel på 7T + 2c*, radianer med hverandre. (Anordning av flatene 6 i en vinkel på TC" - 2cC radianer med hverandre vil bringe midtstykket 3 øverst, i stedet for som vist).

En blanding av partikkelmaterial som skal separeres kan avgis fra en trakt 8 som over en kanal 9 står i forbindelse med en sjakt 10 som strekker seg vertikalt gjennom midtstykket 3 ved dets ene ende. For å sikre en gunstig materialstrømning gjennom kanalen 9, er det anordnet en vibratormater 11, f.eks. en mater av merket Syntron (vare-merke). En alternativ mateinnretning kan naturligvis også anvendes, f.eks. en skruetransportør eller en navermater.

Det material som passerer gjennom sjakten 10 i midtblokken 3 vil falle ned på oversiden 7 av den første elektrodeinnretning ved dens ene ende. Den første elektrodeinnretning er montert på en vibrerende omformer 12 (se fig. 2), som f.eks. også kan være en Syntron-innretning, og som i drift er utført for å drive det material som faller ned på flaten 7 fra sjakten 10 i en retning mot den annen ende av flaten 7 ("fremoverretningen") . Andre midler kunne naturligvis vært anvendt for å bevege partikkelmaterialet langs elektrodeplaten i fremoverretningen. Bokser 13 eller andre passende beholdere er anordnet og plassert for å samle opp partikkelmaterial som faller ned over forkanten eller sidekanten av den plate som utgjør den første elektrodeinnretning 1.

I drift er en potensialforskjell påtrykt mellom den første elektrodeinnretning og den annen elektrodeinnretning. I den viste utførelse er en høyspent vekselstrøms-kilde 14 koblet til hver plate 4 av den annen elektrodeinnretning 2 (se fig. 3), mens den første elektrodeinnretning 1 er jordet som angitt ved 15. Den påtrykte pot-ensialf orsk jell vil opprette et elektrisk felt mellom den første og den annen elektrodeinnretning. I det elektriske feltområdet mellom den første elektrodeinnretning og hver plate 4, vil feltlinjene 16 være krumme (se fig. 4) på grunn av skråstillingen av vedkommende plate 4 i forhold til den første elektrodeinnretning 1. Som vist vil feltlinjene fra hver av platene 4 være krumme i en retning vinkelrett på fremoverretningen, hvilket vil si at feltlinjenes konvekse sider vender i>den tverretning hvor vedkommende plate 4 divergerer fra platen 1.

Da materialet i midtstykket 3 vil ha høyere dielektrisitetskonstant enn luft, vil de elektriske feltlinjer som utgår fra innerkantene av platene 4, vanligvis først trenge inn i midtstykket 3 og derpå forløpe hovedsakelig vertikalt mot den første elektrodeinnretning 1, slik det er vist skjematisk i fig. 4. Feltlinjene vil således være hovedsakelig rettlinjede i de områder som ligger mellom platene 4. Likevel er det i praksis funnet at partiklene under sin passasje langs den første elektrodeinnretning 1, vil ha en tendens til å spres og således etter hvert vil trenge inn i et område med krumme elektriske feltlinjer hvor effektiv separasjon kan finne sted. Sentrals tykket 3 bidrar således til å frembringe en gradvis innføring av partikkelmaterialet i de to "sentrifugalaktive" områder av det elektriske felt.

Den påtrykte potensialforskjell som gir best resultat kan lett fastlegges i et hvert tilfelle ut i fra arten av det material som skal separeres og dimensjonene av elektrodeinnretningen. Potensialforskjellen kan typisk ligge innenfor området 5 til 30 kV. En passende frekvens for vedkommende effektkilde kan også lett fastlegges i et hvert gitt tilfelle. Frekvensen vil vanligvis være opp til 100 Hz, og ligger vanligvis innenfor området fra 5 til 60 Hz. Det er funnet at jo større dimensjoner apparatet har, jo gunstigere vil de lavere frekvenser være.

Første og annen elektrodeinnretning kan fremstilles fra hvilket som helst passende material, forutsatt at den første elektrodeflate 7 og platene 4 er ledende.

Metaller, f.eks. bronsje, kobber, aluminium eller stål, kan hensiktsmessig anvendes. Det er særlig viktig at oversiden 7 av den første elektrodeinnretning forblir led ende, således at et material som rustfritt stål er å foretrekke fremfor et material som aluminium, som kan være gjenstand for oksydasjon. Formålet med det elektriske sjikt 5 på undersiden av den annen elektrodeinnretning 2 er å nedsette sannsynligheten for elektrisk overslag mellom første og annen elektrodeinnretning. Den relative dielektrisitetskonstant (sammenlignet med luft) for dette sjiktmaterialet vil vanligvis være 3 eller større, vanligvis fra 3 til 7. Skjønt i prinsipp de fleste isolasjons-materialer kan anvendes (innbefattet glass, mica eller porselen), er det å foretrekke for å lette fremstillingen at sjiktmaterialet har gode støpeegenskaper. Materialet som har vist seg hensiktsmessig omfatter naturlige eller syntetiske elastomermaterialer såvel som syntetiske har-pikser (plastmaterialer), f.eks. silisiumgummi, polyamider (f.eks. nylon), epoksyharpikser, polyestere og sammensatte materialer av fiberglass og polyester.

Midtstykket 3 kan fremstilles fra hvilket som helst av de nevnte dielektriske materialer som er egnet for sjiktet 5.

Som angitt ovenfor tjener vibratoromformeren 12 til å drive det partikkelmaterial som faller ned på platen 1 fra sjakten 10 i retning fremover. For imidlertid å hindre partiklene fra å hefte seg til hverandre og til overflaten 7 av den nedre elektrode, kan strømmen av bevegelige partikler utsettes for pulserte gasstråler. I den viste ut-førelse er et slissformet munnstykke anbragt i det punkt som er angitt ved 17 (fig. 2) for å rette en pulsert luftstrøm langs oversiden av den første elektrodeinnretning 1 i fremoverretningen på undersiden av midtstykket 3. Videre kan midtstykket 3 være gjennomboret av en rekke små hull (ikke vist) som kan være forbundet med en pulsert lufttilførsel for å rette intermitterende luftstråler mot oversiden 7 av den første elektrodeinnretning.

Andre midler, f.eks. vikkespett (ikke vist), kan være an ordnet for å fjerne material som hefter seg til elektrode-flåtene under drift, hvis oppsamling av sådant material skulle vise seg å være et problem.

Det vil naturligvis forstås at forskjellige elementer, slik som f.eks. materialtilførselsutstyret ( 8, 9, 10, 11, vibratoromformeren 12 og samleboksene 13) er utelatt fra fig. 3 og 4 for oversiktens skyld.

Apparatets drift kan beskrives ved et utførelseseksempel i forbindelse med rensning av pulverisert flyveaske (PFA) som er forurenset med karbonpartikler. Det forurensede PFA helles ned i trakten 8, effektkilden 14 kobles til elektrodeinnretningene og den plate som utgjør den nedre elektrode 1 settes i vibrasjonsbevegelse ved igangsetning av vibratoromformeren 12. Materen 11 slås på for å lede en strøm av forurenset PFA gjennom kanalen 9 og sjakten 10 ned på oversiden 7 av den første elektrodeinnrenting 1. Partikkelstrømmen beveges så i retning forover ved hjelp av vibratoromformeren 12. Skillet mellom partiklene økes og partiklenes vedheftning nedsettes ved hjelp av pulserte luftstrømmer som tilføres gjennom munnstykket ved 17 samt gjennom de hullrekker som er utboret i midtstykket 3 på den øvre elektrodeinnretning 2.

Karbonpartiklene har en tendens til å bli mer oppladet enn partiklene av flyveaske. Følgelig utsettes karbonpartiklene for en sterkere elektrostatisk kraft fra den elektriske felt. Karbonpartiklenes svingebevegelse under påvirkning av den elektrostatiske kraft vil ha en tendens til å følge feltlinjene som er krumme i en retning perpendikulært på fremoverretningen, hvilket vil føre til en sentrifugalkraft på karbonpartiklene i vedkommende perpendikulærretning. Mens mesteparten av flyveasken vil ha en tendens til å forbli under midtstykket 3 under sin bevegelse langs overflaten 7, vil karbonpartiklene bli drevet av nevnte sentrifugalkraft (eller dens tverr- komponent) i en tverretning. Som en følge av dette vil boksene A, B og C (se fig. 1) motta askerike fraksjoner, mens boksene D, E og F vil motta karbonrike fraksjoner.

Det er naturligvis mulig å utsette de oppsamlede fraksjoner for en eller flere ytterligere separeringsprosesser ved anvendelse av apparatet i henhold til oppfinnelsen. Ved hjelp av en sådan flertrinns separasjonsprosess er det mulig å oppnå vedkommendeønskede komponent eller komponenter med en høy grad av renhet.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til separasjon av karbon fra PFA. I sin alminnelighet er den anvendbar ved separasjon av forskjellige komponenter av en blanding av partikkelmaterial som avviker på sådan måte med hensyn til sine egenskaper at en viss komponent utsettes for vesentlig høyere sentrifugalkraft i det krumme elektriske felt. Oppfinnelsen kan følgelig anvendes for å separere en ledende komponent fra en isolerende komponent, eller for å separere komponenter som avviker vesentlig med hensyn til partikkelmasse, størrelse eller densitet.

Det er åpenbart at den viste utførelse kan modifiseres på forskjellige måter. I stedet for bare det nedre sjikt 5 av dielektrisk material, er det således mulig å innleire eller innkapsle elektrodeplatene 4 i sin helhet i hylster av dielektrisk material. Dette kan ytterligere redusere muligheten for elektrisk nedbrytning. Det vil forstås at et hvilket som helst tiltak som nedsetter risikoen for elektrisk overslag vil tillate anvendelse av høyere spenn-inger og/eller kortere avstand mellom elektrodene.

Skjønt platene 4 i prinsipp kunne være sammenføyet ved sine innerkanter, foretrekkes i høy grad et mellomliggende stykke, slik som midtblokken 3, av to grunner. For det første vil feltstyrken på grunn av skråstillingen av platene 3 øke i samme grad som avstanden mellom hver av plat ene 4 og den første elektrodeflate 7 avtar. Midtstykket 3, som er av dielektrisk material, reduserer sannsynligheten for elektrisk overslag i det området hvor det er minst avstand mellom første og annen elektrodeinnretning. For det annet kan størrelse og form av tverrsnittet av midtstykket eller blokken 3 velges slik at det oppnås en ønsket utformning av feltlinjene under midtområdet av den annen elektrodeinnretning.

Tverrsnittet av midtstykket 3 kan f.eks. være kvadratisk, sirkelformet, parabolisk, elliptisk, hyperbolisk,halvmåne-formet eller trekantformet i stedet for den viste rektan-gi+r

gelform. Virkningen av en hvilken som helst 43-rt tverr-snittsform på utformningen av det elektriske felt under midtavsnittet kan uten vanskelighet fastlegges, empirisk eller ved beregning.

I den viste utførelse er vertikalprojeksjonen av den annen eller øvre elektrodeinnretning samt den tilsvarende pro-jeksjon av den første eller nedre elektrodeinnretning hovedsakelig den samme. Dette er imidlertid ikke vesentlig og enhver av innretningene kan rage utover den annen i en gitt retning.

Det kan f.eks. være hensiktsmessig å avgi partikkelblånd-ingen ved hjelp av en skrårenne eller lignende direkte på oversiden av en del av den første elektrodeinnretning som strekker seg bakenfor den øvre elektrodeinnretning. I et sådant tilfelle kan det finnes ønskelig å utstyre de øvre elektrodevinger med en bakoverrettet isolert metallplate for å modifisere feltlinjemønsteret slik at innføringen av partikkelblandingen i det elektriske felt ikke hindres.

Skjønt platene 4 i den viste utførelse er plane, vil det være mulig for hver plate å ha et tverrsnitt som følger en viss kurve, forutsatt at platen fremdeles divergerer fra oversiden av den nedre elektrode for å opprettholde krum-

ningen av det elektriske felt.

Videre er det ikke vesentlig at oversiden av den nedre elektrode er anordnet horisontalt. Det vil f.eks. være mulig å skråstille elektrodeinnretningens overside i retning oppover eller nedover på hver side av midtlinjen for den første elektrodeinnretning 1 (hvilket vil si en linje umiddelbart under midtstykket). En grunn V-form vil således bidra til å holde tilbake de tyngre partikler i midtområdet av den nedre elektrode under partiklenes passasje langs denne elektrode. Det er også mulig å anordne den nedre elektrodeinnretning slik at dens overside skråner nedover i retning fremover, og et sådant arrangement vil tillate transport av partiklene under påvirkning av tyngdekraften. Helningsvinkelen er vanligvis opp til 45°, fortrinnsvis omkring 18°, i forhold til horisontalplanet.

Det vil også være mulig å anordne et sjikt av dielektrisk material på oversiden 7 av den nedre elektrodeinnretning 1, særlig i tilfeller hvor tilstrekkelig ladning av partiklene kan oppnås ved gnidningselektrisitet eller ved ione- eller elektrodebombardement (hvilket vil si i tilfeller hvor ledende induksjon ikke er påkrevet for ladning av partiklene).

Som vist har det elektriske felt et hovedsakelig konstant tverrsnitt i retning fremover og dette anses for nærværende å være en foretrukket utførelse. Elektrodene kunne imidlertid være slik anordnet at feltområdets tverrsnitt øker eller avtar i fremoverretnignen, således at også feltintesiteten avtar eller øker i denne retning. Likeledes kan det være tilfeller hvor det er hensiktsmessig at platene 4 er anordnet i forskjellig vinkel med oversiden 7 av den nedre elektrode.

Det er mulig å utelate beholderne D, E og F ved å anordne en vegg eller annen barriere ved hver sidekant av den første elektrodeinnretning 1. Denne barriere vil tjene til å hindre de høyere oppladede partikler fra ytterligere tverrbevegelse, skjønt disse partikler fremdeles vil bli drevet i retning fremover. Ved anvendelse av et sådant modifisert apparat for rensning av karbonforurenset PFA, vil karbonpartiklene ha en tendens til å samle seg ved hver av barrierene, således at den resulterende karbonrike fraksjon avgis til beholderne C (fig. 1).

De foretrukkede utførelser utgjøres oversiden av den første elektrodeinnretning 1 av en gassgjennomtrengelig plate, som f.eks. er fremstilt av et sintret metall, slik som bronse. Den gassgjennomtrengelige plate kan utgjøre toppen av et plenumkammer, hvori en gass, hensiktsmessig luft, føres inn under trykk. Denne gass vil passere gjennom den gassgjennomtrengelige plate og fluidisere de partikler som drives frem langs platens overside.

Som nevnt ovenfor kan andre midler enn en vibratoromformer anvendes for å bevege partiklene langs den første elektrodeinnretning i den ønskede retning. Anvendelse av en gassgjennomtrengelig plate som beskrevet ovenfor til-later bevegelse av partiklene langs platene ved det enkle tiltak at platen innstilles skrått nedover i fremoverretningen, slik som nevnt ovenfor. Den gass som passerer gjennom den gassgjennomtrengelige plate vil nedsette friksjonsmotstanden på elektrodens overside 7 ved partikkelbevegelse langs platen, således at partiklene tillates bevegelse fremover under påvirkning fra tyngdekraften. En elektrostatisk separator som er utstyrt med en sådan gassgjennomtrengelig plate er nærmere beskrevet i en samtidig innlevert patentansøkning som krever prioritet fra britisk ansøkning nr. 8232857, som herved inngår i foreliggende beskrivelse som referanse.

I foretrukket utførelser er elektrodearrangementet slik at potensialet over det første området av det elektriske felt samt over det annet område av det elektriske felt vil variere med avstanden langs de respektive perpendikulær-retninger. Det er funnet at et sådant arrangement kan øke krumningen av feltlinjene, og derved forbedre separasjonen av partiklene. Som nærmere beskrevet i den samtidig inn-leverte patentansøkning som krever prioritet fra britisk ansøkning nr. 8232855, viss innhold herved inngår i foreliggende beskrivelse som referanse, kan hver elektrodevinge 4 utgjøres av et legeme av ledende material med høy motstand, idet den kant av legemet som ligger nærmest den første elektrodeinnretning holdes på et høyere elektrisk potensial enn den kant som ligger lengst fra den første elektrodeinnretning. Legemet av ledende material kan hensiktsmessig utgjøres av et oljevolum dopet med et eller flere metallsalter, idet oljen inneholdes i en boks av dielektrisk material. Alternativt kan hver elektrodevinge 4 være utformet av en rekke bestående av to eller flere ledende plater, idet hver plate er adskilt fra den påfølg-ende plate i rekken ved hjelp av dielektrisk material, og hver plate holdes på et sådant elektrisk potensial at potensialet langs elektrodevingen 4 avtar trinnvist i retning av vingens ytterste kant.

Når en stor materialmengde skal separeres, kan det finnes å være mer effektivt å fordele materialet på flere separatorer av moderat størrelse enn å anvende en separator med store dimensjoner.

Foreliggende oppfinnelse er anskueliggjort i og ved de følgende eksempler.

Eksempel 1

Et apparat blé. utført som vist i figurene 1-2, idet apparatet anbringes i et hylster for å tillate stabili-sering av luftfuktighet og temperatur. Den nedre elektrodeplate 1, som var utført i en aluminiumlegering, var omtrent 30 cm lang og 25 cm bred samt var anordnet horisontalt. De to elektrodeplater 4, som også var ut-ført i en aluminiumlegering, var anordnet symmetrisk på hver sin side av en midtblokk 3 som var omkring 2 cm bred. Det dielektriske sjikt 5 var av polykarbonat, liksom midtblokken 3, mens den øvre elektrodeinnretning på oversiden var påført et sjikt av akrylharpiks.

Ekseperimenter ble utført i en serie på 5 eller 6 ved anvendelse av standardiserte prøver av karbonforurenset PFA. Karboninnholdet i de standardiserte prøver av forurenset PFA var 6,6 ~ 0,5 vekt%.

Før hver eksperimentrekke ble apparatet støvsuget for å fjerne eventuelle PFA-rester som heftet til elektrodene. Avstanden mellom elektrodene og vinkelen mellom dem ble fast innstilt før hvert eksperiment. Den generator som frembragte vekselstrømsfeltet omfattet midler for selektiv variasjon av feltfrekvensen fra 10 til 200 Hz. Etter å ha valgt denønskede frekvens, ble effektforskyvningen, den pulserte luftkilde og en elektrode-vikker slått på.

En prøve på 100 g av det forurensede PFA ble anbragt i trakten og den tilordnede vibratormater ble slått på, liksom den vibratormater som var koblet til den nedre elektrodeplate.

De enkelte fraksjoner ble oppsamlet, merket, veiet og lagret for påfølgende analyse. Symmetrisk oppsamlede prøvefraks joner (hvilket vil si fraksjoner oppsamlet i bokser merket med samme bokstav i fig. 1) ble blandet sam-men for å nedsette antall påkrevede analyser.

Den pulserte lufttilførsel ble innstilt til 1 puls pr. 1,7 sekunder under alle eksperimenter.

De vesentlige driftsparametere og arbeidsbetingelser ble registrert for hvert eksperiment.

Den påtrykte spenning ble tatt som roten av den midlere kvadratverdi, målt på den øvre elektrodeinnretning.

Den målte vinkel var vinkelen av en av de øvre elektrodeplater 4 med oversiden av den nedre elektrodeplate 1 i et vertikalplan perpendikulært på fremoverretningen. Elektrodeavstanden ble målt som den vertikale avstand mellom oversiden 7 av den nedre plate 1 og undersiden 'av midtstykket 3 av den øvre elektrodeinnretning.

Den relative fuktighet i luften samt temperaturen ble målt inne i det ovenfor nevnte hylster.

Fuktighetsinnholdet i prøven ble målt i samsvar med ASTM-standard nr. D3174-73. Omkring 5 g av prøven ble tørket i 2 timer i en vakuumovn ved 105°C, og det resulterende vekttap i gram ble så målt.

Karboninnholdet i en prøve ble målt i samsvar med ASTM-standard nr. D3174-73. Omkring 1 g av prøven ble tørket i 2 timer i en vakuumovn ved 105°C, og prøven ble så brent i 3 timer ved 750°C i en porselensdigel med et volum på 35 cm 3. Det resulterende vekttap i gram ble så målt.

Matningstakten ble beregnet ut i fra den tid som var nød-vendig for vibratormateren 11 å tilføre en gitt mengde forurenset PFA fra trakten 8 inn i den elektrostatiske separator.

Transportørhastigheten ble definert som vandringshastig-heten av PFA over den nedre elektrodeplate. For å måle dette ble en PFA-mengde på omtrent 10 g anbragt ved den bakre ende av den nedre elektrodeplate og den tid som gikk med til å avgi denne mengde ved den andre ende av elektrodeplaten, ble registrert. Intet felt var påtrykt under målingen av transporthastigheten, som ble beregnet ved å dividere lengden av den nedre elektrodeplate med den målte tid. De rådende driftsforhold og arbeidsparametere er sammenstilt i følgende tabell. For hvert eksperiment ble det opptegnet en rensekurve for flyveasken, hvor karboninnholdet i ekstraktet (uttrykt som en prosentandel) var opptegnet mot den uttrukkede materialmasse (også uttrykt som en prosentandel). "Karboninnholdet i ekstraktet" er definert som den kumulative vekt av den ekstraherte materialprøve. "Den ekstraherte masse" er definert som den kumulative vekt av det ekstraherte prøvematerial dividert med den totale ekstraherte prøvematerialvekt.

Karboninnholdet i ekstraktet ble opptegnet som ordinat (y-akse) mot den ekstraherte masse opptegnet langs absissen (x-aksen).

Den rensekurve som ble opptegnet på grunnlag av de angitte eksperimentdata viste en økning i karboninnholdet med øket ekstrahert masse. Kurven for hvert eksperiment var imidlertid vanligvis flat opp til et visst punkt, hvilket antyder bare meget svak økning i karboninnholdet med økende uttrukket masse. Over dette punkt (heretter kalt "for-andringspunktet") blir kurven meget brattere, hvilket angir en rask økning av karboninnholdet i ekstraktet. De innledende eksperimenter i hver forsøksrekke var klart unormale, idet de resulterende kurver viste for 100% ekstrahert masse et karboninnhold som overskred karboninnholdet i det opprinnelige prøvematerial. Feilkilden ble sporet til en oppsamling av et forholdsvis karbonfritt sjikt av PFA på øvre og nedre elektroder. Denne material-oppsamling stabiliserte seg vanligvis ved begynnelsen av det tredje eksperiment i hver forsøksrekke. Ved utledning av data ble de unormale eksperimenter utelukket.

Kurvene viste forandringspunkter ved minst 60% uttrukket masse, idet de fleste kurver var praktisk talt flate opp til en verdi på 70% eller mer. Disse resultater antyder at det burde være mulig i de fleste tilfeller å trekke ut i det minste 70% av det behandlede råmaterial før karbon-

konsentrasjonen begynner a øke i vesentlig grad.

Eksempel 2

Renset PFA oppnådd som beskrevet i eksempel 1 ble utsatt for en ytterligere separasjonsprosess i det apparat som er beskrevet i eksempel 1, for derved å simulere det annet trinn i en flertrinns separasjonsprosess. Fire eksperimenter ble utført ved anvendelse av forskjellige drifts-betingelser. Det rensede PFA fra hvert eksperiment ble utsatt for en ytterligere passasje gjennom apparatet, hvilket simulerte et tredje trinn i en flertrinns separasjonsprosess. Kilden for det prøvematerial som ble anvendt i hvert tredje trinns eksperiment var renset PFA oppsamlet i beholdere A og B i et av eksperimentene i annet trinn.

Driftsparameterne og arbeidsforholdene er sammenstilt i tabell 2 nedenfor.

Gjentatt behandling av PFA i flere trinns eksperimenter viste at prosessen iøkende grad ble selektiv. Midtom-rådene av transportøren (hvilket vil si de andeler som ble avgitt til beholderne A og B) opptok en økende andel av den totale behandlede materialmasse, slik det vil fremgå av følgende tabell.

Eksempel 3

Fire ytterligere eksperimenter ble utført ved anvendelse av et apparat og en fremgangsmåte hovedsakelig som angitt i eksempel 1. Materialprøver av karbonforurenset PFA med et karboninnhold på 16.6 i 0.5% ble anvendt.

Driftsparameterne og arbeidsforholdene er sammenstilt i følgende tabell.

Rensekurver ble opptegnet ut i fra de oppnådde data på den måte som er beskrevet i fig. 1. Det første eksperiment viste et forandringspunkt ved 50% uttrukket masse, men dette resultat ble bedømt som unormalt. Annet, tredje og fjerde eksperiment ga alle rensekurver med et forandringspunkt over 60% uttrukket masse.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte for separering av partikler med forskjellige fysiske egenskaper og hvor et elektrisk vekselfelt frembringes, partiklene innføres i feltet, i det minste noen av partiklene opplades og partiklene bringes til bevegelse i feltet i en viss retning, karakterisert ved at det elektriske felt har et første område med feltlinjer krummet i en første retning hovedsakelig perpendikulær på nevnte gitte retning, samt et annet område med feltlinjer krummet i en annen retning som også er hovedsakelig perpendikulær på den gitte retning, således at et ladet partikkel som påvirkes av det elektriske felt i enten første eller annet område utsettes for en kraft i henholdsvis første eller annen retning.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at partiklene bringes til å opplades ved gnidningselektrisitet og/eller ved led-nings oppladning .

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at partiklene drives gjennom feltet ved mekanisk vibrasjon.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at partiklene fluidi-seres i det elektriske felt for å tillate partiklene å beveges langs feltet under påvirkning av tyngdekraften.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at partiklene innføres i det elektriske felt i et punkt mellom nevnte første og annet område av feltet.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at første og annet område av feltet adskilles av et ytterligere mellomliggende område hvor feltlinjene er hovedsakelig rettlinjede.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at nevnte første og annen retning velges som hovedsakelig motsatte retninger på tvers av nevnte gitte retning.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at det elektriske felt bringes til å oscillere med en frekvens opp til 100 Hz.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at det elektriske vekselfelt frembringes mellom de to elektroder ved hjelp av en potensialforskjell fra 5 til 30 kV.

10. Apparat for separering av partikler med forskjellige egenskaper og som omfatter utstyr for å frembringe elektrisk vekselfelt, utstyr for innføring av partiklene i feltet samt utstyr for å bringe partiklene til bevegelse i feltet i en gitt retning, karakterisert ved at nevnte utstyr for å frembringe det elektriske felt har et første område med feltlinjer krummet i en første retning hovedsakelig perpendikulær på nevnte gitte retning samt et annet område hvor feltlinjene er krummet i en annen retning som også er hovedsakelig perpendikulær på nevnte gitte retning.

11. Apparat som angitt i krav 10, hvor det feltdannende utstyr omfatter en første elektrodeinnretning med en første overflate, utstyret for partikkelinnføring i feltet er anordnet for å avgi partiklene til nevnte første overflate av den første elektrodeinnretning, utstyret for partikkelbevegelse er innrettet for å bevege partiklene langs nevnte første overflate i en gitt retning, idet det feltdannende utstyr også omfatter en annen elektrodeinnretning med en annen og en tredje overflate, samt en effektkilde innrettet for å påtrykke en vekselpotensial-forskjell mellom første og annen elektrodeinnretning og derved frembringe et elektrisk vekselfelt som strekker seg mellom nevnte første overflate og annen og tredje overflate , karakterisert ved at den annen overflate divergerer fra den første overflate mot den ene side av apparatet, mens den tredje overflate divergerer fra den første overflate mot den annen side av apparatet.

12. Apparat som angitt i krav 11, karakterisert ved at den første overflate på den første elektrodeinnretning er hovedsakelig plan.

13. Apparat som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at den første overflate på den første elektrodeinnrenting er hovedsakelig horisontal.

14. Apparat som angitt i krav 11, 12 eller 13, karakterisert ved at det partikkel-drivende utstyr utgjøres av en vibratoromformer som den første elektrodeinnretning er montert på.

15. Apparat som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at nevnte første overflate på den første elektrodeinnretning heller nedover i nevnte gitte retning samt dannes av en gassgjennomtrenge lig plate, mens utstyret er anordnet for å føre gass gjennom den gassgjennomtrengelige plate i tilstrekkelig mengdestrøm til å fluidisere partiklene på nevnte første overflate, slik at de kan bevege seg i den gitte retning under påvirkning av tyngdekraften.

16. Apparat som angitt i krav 11 - 14, karakterisert ved at nevnte annen og tredje overflate begge er hovedsakelig plane.

17. Apparat som angitt i krav 10 - 16, karakterisert ved at annen og tredje overflate dannes av hver sin ledende plate, idet nevnte overflater danner en vinkel på mer enn 7T* radianer med hverandre.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 17, karakterisert ved at nevnte plater er anordnet som vinger som strekker seg fra hver sin side av et langstrakt stykke utført i et dielektrisk material.

19. Apparat som angitt i krav 18, karakterisert ved at det langstrakte stykke har en overflate rett overfor og parallell med nevnte første overflate på den første elektrodeinnretning .

20. Apparat som angitt i krav 11 - 19, karakterisert ved at annen og tredje overflate hver divergerer fra nevnte første overflate i en vinkel fra 0.10 til 0.28 radianer.

21. Apparat som angitt i krav 11 - 20, karakterisert ved at i det minste nevnte annen og tredje overflate på den annen elektrodeinnretning er utstyrt med et sjikt av dielektrisk material.