RU2024319C1

RU2024319C1 - Device for electrostatic separation of particles

Info

Publication number: RU2024319C1
Authority: RU
Inventors: Павел Григорьевич Шляхтенко
Original assignee: Павел Григорьевич Шляхтенко
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: electrostatic separation of particles. SUBSTANCE: device has additional top electrodes, lower electrode rotation drive and diaphragm made in form of conic surface of current-conducting material with holes. Lower electrode is made in form of a cone which has polished working surface. Angles at vertexes of cones of lower electrode and diaphragm are equal. Top electrodes are made with concave working surface and mounted radially under the lower electrode at some distance one from another. Value of distance between lower and top electrodes decreases along the direction of rotation of lower electrode. Diaphragm is placed between lower and top electrodes and mounted in align to lower electrode. Sized of holes of the diaphragm increases along the generatrix of the cone to the direction of its vertex in the direction of rotation of lower electrode. Holes in diaphragm are disposed under top electrodes. Particle collectors are placed under edge of lower electrodes at points where holes of diaphragm are located. Lower electrode, diaphragm and particle collectors are connected with earthed pole of power supply. EFFECT: improved reliability; improved efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для электростатического разделения твердых частиц и может быть использовано для сепарации в электрическом и гравитационных полях мелких частиц по их геометрическим и электрофизическим свойствам, например абразивных порошков одной природы по максимальному размеру - эльбора, алмазного порошка. The invention relates to devices for electrostatic separation of solid particles and can be used for separation of small particles in electric and gravitational fields according to their geometric and electrophysical properties, for example, abrasive powders of the same nature by maximum size - elbor, diamond powder.

Известно устройство электростатического разделения сыпучего материала, включающее расположенные один над другим два электрода, верхний из которых установлен с образованием межэлектродного зазора, источник питания, соединенный с электродами, загрузочное приспособление и сборники частиц. Нижний электрод представляет собой сетку, выполненную из проводящего материала. При подаче на электроды высокого напряжения частицы, перезаряжаясь, движутся между электродами в направлении увеличения зазора между ними. Мелкие частицы просеиваются через сетку и попадают в сборник для мелких частиц, крупные вылетают за пределы нижнего электрода и собираются в сборник для крупных частиц [1]. Недостатками этого устройства являются:
быстрая забиваемость сетки диспергируемым материалом;
трудность изготовления подходящих сеток, обусловленная необходимостью одновременного выполнения противоречивых требований. Для повышения качества разделения сетки должны обладать высокой прозрачностью, т.е. выполняться из тонкой проволоки, что ухудшает их прочностные свойства и приводит к быстрому снашиванию, особенно при разделении таких твердых частиц, как кристаллы эльбора, алмазов и т.п.;
в устройстве отсутствует стабилизация движения частиц в поперечном направлении, обусловленная действием сил отталкивания между одноименно заряженными частицами, снижающая качество разделения;
малая скорость движения разделяемых частиц в направлении увеличения зазора между электродами и связанная с этим низкая производительность устройства.A device for electrostatic separation of bulk material is known, including two electrodes located one above the other, the upper of which is installed to form an electrode gap, a power source connected to the electrodes, a loading device and particle collectors. The lower electrode is a grid made of conductive material. When applying high voltage to the electrodes, the particles, while recharging, move between the electrodes in the direction of increasing the gap between them. Small particles are sifted through the grid and fall into the collector for small particles, large fly out of the lower electrode and are collected in a collector for large particles [1]. The disadvantages of this device are:
fast clogging of the mesh with dispersible material;
the difficulty of manufacturing suitable nets due to the need to simultaneously meet conflicting requirements. To improve the quality of separation, the grids should have high transparency, i.e. made of thin wire, which impairs their strength properties and leads to rapid wear, especially when separating solid particles such as elbor crystals, diamonds, etc .;
the device lacks stabilization of the movement of particles in the transverse direction, due to the action of repulsive forces between the same charged particles, which reduces the quality of separation;
low speed of movement of the separated particles in the direction of increasing the gap between the electrodes and the associated low productivity of the device.

Целью изобретения является повышение производительности устройства и улучшение качества разделения. The aim of the invention is to increase the productivity of the device and improve the quality of separation.

Достигается это за счет того, что устройство снабжено дополнительными верхними электродами, приводом вращения нижнего электрода и диафрагмой в виде конической поверхности из токопроводящего материала с отверстиями, при этом нижний электрод выполнен в виде конуса с полированной рабочей поверхностью, а углы при вершинах конусов нижнего электрода и диафрагмы равны, верхние электроды выполнены с вогнутой рабочей поверхностью и радиально установлены над нижним электродом на расстоянии друг от друга, причем величина расстояния между нижним и верхним электродами уменьшается по направлению вращения нижнего электрода, а диафрагма размещена между верхним и нижним электродами и установлена соосно с последним и размер ее отверстий вдоль образующей конуса увеличивается к его вершине в направлении вращения нижнего электрода. Отверстия в диафpагме размещены под верхними электродами, а сборники частиц размещены под кромкой нижнего электрода в местах расположения отверстий диафрагмы, при этом нижний электрод, диафрагма и сборники частиц соединены с заземленным полюсом источника питания. This is achieved due to the fact that the device is equipped with additional upper electrodes, a rotation drive for the lower electrode and a diaphragm in the form of a conical surface of conductive material with holes, while the lower electrode is made in the form of a cone with a polished working surface, and the angles at the vertices of the cones of the lower electrode and the diaphragms are equal, the upper electrodes are made with a concave working surface and are radially mounted above the lower electrode at a distance from each other, and the distance between the lower m and the upper electrodes decreases in the direction of rotation of the lower electrode, and the diaphragm is located between the upper and lower electrodes and is installed coaxially with the latter and the size of its holes along the generatrix of the cone increases to its apex in the direction of rotation of the lower electrode. The holes in the diaphragm are located under the upper electrodes, and the particle collectors are placed under the edge of the lower electrode at the locations of the holes of the diaphragm, while the lower electrode, the diaphragm and particle collectors are connected to the grounded pole of the power source.

На фиг. 1 показана схема устройства по заявляемому техническому решению для разделения исследуемых частиц на три фракции; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение по В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - вид сверху. In FIG. 1 shows a diagram of a device according to the claimed technical solution for the separation of the investigated particles into three fractions; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section along BB in FIG. 1; in FIG. 4 is a plan view.

Устройство содержит верхний электрод 1 разделяющего блока, нижний конический электрод 2 с полированной внешней поверхностью с углом раствора при вершине 2 γ, высоковольтный источник питания (выпрямитель) 3, сборник частиц крупной фракции 4, верхние электроды разделяющих блоков (на фиг. 1 показан верхний электрод 5 собирающего блока мелкой фракции, диафрагму с отверстиями, соответствующими местоположениям верхних электродов 5 собирающих блоков II и III, открывающих поверхность нижнего конического электрода 2, расположенную под верхними электродами 5, диафрагму 6, коническую с углом раствора при вершине 2 γ 7 (на фиг.1 показан сборник частиц мелкой фракции собирающего блока III, сборники частиц II и III собирающих блоков). Верхние электроды разделяющего I и собирающих II и III блоков криволинейные так, что расстояние между верхними электродами и нижним электродом 2 в плоскости симметрии блоков максимальное в любом поперечном сечении этих блоков (сечение по А-А и сечение по Б-Б на фиг. 2-3). The device contains the upper electrode 1 of the separation unit, the lower conical electrode 2 with a polished outer surface with an angle of apex at the vertex 2 γ, a high-voltage power supply (rectifier) 3, a coarse particle collection 4, the upper electrodes of the separation blocks (Fig. 1 shows the upper electrode 5 collecting block of fine fraction, a diaphragm with holes corresponding to the locations of the upper electrodes 5 collecting blocks II and III, opening the surface of the lower conical electrode 2 located under the upper electrons dams 5, aperture 6, conical with an angle of apex at the apex of 2 γ 7 (Fig. 1 shows a collection of fine particles of the collecting block III, particle collectors II and III of the collecting blocks). The upper electrodes of the separating I and collecting II and III blocks are curved so that the distance between the upper electrodes and the lower electrode 2 in the plane of symmetry of the blocks is maximum in any cross section of these blocks (section A-A and section B-B in Figs. 2-3).

Работает устройство следующим образом. Разделяемые частицы подаются сквозь электроды 1 разделяющего блока 1 и попадают на нижний вращающийся электрод 2 (привод вращения электрода 2 на фиг.1 не показан). На этом электроде частицы разделяются, перезаряжаясь на электродах 1 и 2, двигаясь по направлению к основанию электрода 2 под действием электрических сил и гравитационного поля до их остановки на электроде 2. Место остановки частиц одной физической природы зависит от размеров частиц. Самые крупные вылетают за пределы электрода 2 и собираются в сборнике частиц крупной фракции 4, самые мелкие останавливаются ближе к вершине конического электрода 2, промежуточной фракции - ближе к нижнему краю электрода 2. Криволинейность электрода 1 обеспечивает устойчивое движение частиц при разделении вблизи вертикальной плоскости симметрии разделяющего блока I. Такой режим работы разделяющего блока обеспечивается необходимыми значениями угла раствора между электродами 1 и 2 (α), величиной напряжения, подаваемого от источника 3, и величиной угловой скорости вращения нижнего электрода 2. Собирающие блоки частиц средней фракции (II) и мелкой (I), развернутые в примере реализации устройства на фиг.4 на углы β₁ = 90^о и β₂ = 180^о, последовательно собирают частицы средней фракции, поступившие в соответствующее отверстие диафрагмы 6, что обеспечивается величиной угла раствора верхнего электрода этого блока относительно электрода 2 (как показано на фиг.4), либо увеличением величины подаваемого на эти электроды напряжения.The device operates as follows. The particles to be separated are fed through the electrodes 1 of the separating unit 1 and enter the lower rotating electrode 2 (the rotation drive of the electrode 2 is not shown in FIG. 1). At this electrode, the particles are separated, recharging at the electrodes 1 and 2, moving towards the base of the electrode 2 under the action of electric forces and a gravitational field until they stop at the electrode 2. The stopping place of particles of the same physical nature depends on the size of the particles. The largest ones fly outside the limits of the electrode 2 and are collected in the particle collector of coarse fraction 4, the smallest ones stop closer to the top of the conical electrode 2, the intermediate fraction closer to the lower edge of the electrode 2. The curvature of the electrode 1 ensures stable particle motion when separated near the vertical plane of symmetry of the separating block I. This mode of operation of the separating block is provided by the necessary values of the angle of the solution between the electrodes 1 and 2 (α), the magnitude of the voltage supplied from the source 3, and led a rotation angular velocity of the lower electrode 2. The collecting units particles middle fraction (II) and shallow (I), the detailed implementation of the device in Example 4 at angles β ₁ = ^{90 °} and β = ₂ ¹⁸⁰ sequentially collected particles middle fraction received in the corresponding hole of the diaphragm 6, which is ensured by the value of the angle of the solution of the upper electrode of this block relative to the electrode 2 (as shown in figure 4), or by increasing the voltage supplied to these electrodes.

Аналогично работает собирающий блок частиц мелкой фракции III. Эти частицы, попадая в отверстие диафрагмы 6, находятся в более сильном электрическом поле, чем в разделяющем блоке, а потому начинают двигаться, перезаряжаться на электродах 2 и 5, как показано на фиг.1, и переносятся в сборник частиц мелкой фракции 7. The collecting block of fine fraction III particles works similarly. These particles, falling into the hole of the diaphragm 6, are in a stronger electric field than in the separating unit, and therefore begin to move, recharge on the electrodes 2 and 5, as shown in Fig. 1, and are transferred to the particle collector of the fine fraction 7.

Эксперименты, проведенные на лабораторном макете устройства, моделирующего основные узлы схемы фиг.1 при разделении порошка кристаллического эльбора, показали эффективность разделения по максимальному размеру кристаллов по предлагаемому изобретению. The experiments conducted on the laboratory model of the device simulating the main nodes of the circuit of figure 1 during the separation of the powder of the crystal elbora, showed the separation efficiency by the maximum size of the crystals according to the invention.

Claims

DEVICE FOR ELECTROSTATIC PARTICLE SEPARATION, including two electrodes located one above the other, the top of which is installed to form an electrode gap, a power source connected to the electrodes, a loading device and particle collectors, characterized in that, in order to increase the productivity of the device, it is equipped with additional the upper electrodes, the rotation drives of the lower electrode and the diaphragm in the form of a conical surface of conductive material with holes, while the lower electron The od is made in the form of a cone with a polished working surface, and the angles at the vertices of the cones of the lower electrode and the diaphragm are equal, the upper electrodes are made with a concave working surface and are radially mounted above the lower electrode at a distance from each other, and the distance between the lower and upper electrodes decreases the direction of rotation of the lower electrode, the diaphragm is placed between the upper and lower electrodes and is installed coaxially with the latter, and the size of its holes along the generatrix of the cone increases to its length In the direction of rotation of the lower electrode, the holes in the diaphragm are located under the upper electrodes, and particle collectors are placed under the edge of the lower electrode at the locations of the holes of the diaphragm, while the lower electrode, diaphragm and particle collectors are connected to the grounded pole of the power source.