WO2011107074A1 - Elektrostatische trennung eines wertstoffgemisches, z. b. eines mineralsalzgemisches mit hilfe eines rohrscheiders sowie eine vorrichtung zur elektrostatischen trennung eines solchen wertstoffgemisches mit hilfe eines rohrscheiders sowie ein verfahren zur elektrostatischen trennung - Google Patents

Elektrostatische trennung eines wertstoffgemisches, z. b. eines mineralsalzgemisches mit hilfe eines rohrscheiders sowie eine vorrichtung zur elektrostatischen trennung eines solchen wertstoffgemisches mit hilfe eines rohrscheiders sowie ein verfahren zur elektrostatischen trennung Download PDF

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tube
particles
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Kurt Binder
Frank Bock
Michael Krüger
Fabian Stich
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K+S Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a tube separator for the electrostatic separation of a valuable material mixture and a device for electrostatic separation, comprising a tube separator and a method for electrostatic separation.
  • the electrostatic separation of a valuable mixture takes place in an electric field, which is built up by two field electrodes; wherein the one field electrode is applied to the negative pole and the other to the positive pole.
  • the voltage is several 10,000 V, but the current is in the mA range.
  • the principle of electrostatic separation becomes
  • Sorting of solid particles or particles by means of electrostatic separation the starting material is present as a bulk mixture of individual particles with different physical and chemical properties.
  • the goal of the electrostatic separation is the sorted separation of such a bulk mixture. .
  • the different electrical chargeability of the individual particles is used.
  • the procedure is initially such that the valuable material is preferably ground as finely as possible,
  • Typical particle sizes range from 30 ⁇ to 3000 ⁇ .
  • the electrostatic charging of the individual particles or particles takes place.
  • the mixed material is first conditioned and then charged triboelectrically. Due to the different physical and chemical properties and the corresponding conditioning, for example by the addition of reagents, individual particles charge positively or negatively; other particles do not receive a charge potential.
  • the separation of the negatively and positively charged particles takes place in the electric field, which is built up, for example, in a free-fall separator.
  • the positively charged particles are attracted by the electrode, which bears against the negative pole, whereas the particles, which are negatively charged, by the electrode, which is applied to the positive pole, be tightened.
  • annular separator is known in this context, which is an annular conduit with or without a lonisationsshake and a section with two substantially parallel, an electrostatic field generating electrodes provided.
  • the separation is based on the principle of centrifugal force.
  • the disadvantage here is that due to the forces acting on the particles centrifugal forces the separation result is adversely affected.
  • Positive pole and negative pole of the apparatus are designed as rotating tubes made of electrically conductive material. To particle deposits on the electrodes and thus a weakening of the To avoid electric field, a cleaning apparatus is provided in the form of brushes.
  • the disadvantage here is that due to the length of the transport path and the type of transport between the process step of iriboelektrischen charging and the separation in the free fall separator surface charges flow from the particles, thus the separation process takes place with loss of quality.
  • the separation process takes place with loss of quality.
  • the object underlying the invention is to provide a pipe separator and a device using a pipe separator, as well as a method using such a
  • the apparatus works with which the separation result is to be significantly increased at relatively low investment costs.
  • the apparatus should be equally suitable for fine grain spectrum as well as for coarse grain spectrum,
  • the invention is thus first a tube separator for the electrostatic separation of electrically differently charged particles of a valuable mixture, eg. B. a mineral salt mixture, comprising a support tube, wherein the support tube has two oppositely arranged field electrodes for establishing an electric field, wherein it is provided according to the invention that the
  • Field electrodes by an insulator layer to the inside, that is in the direction of the tube interior, are covered.
  • Such an insulator layer designed as a dielectric, z. B. made of glass.
  • the disadvantage of the conventional separators lies in the fact that due to the direct arrangement of the field electrodes in the flow of the valuable material particles to be separated, adhesion to the electrodes occurs. This causes the field strength to decrease. This further causes the separation result is worse, inasmuch as, as already explained elsewhere, by rotating brushes, the electrodes must be cleaned at certain intervals, the time interval between two cleaning operations is essentially determined by the particle size of the recyclable material mixture , That is, dusty particles tend to cause adhesion to the electrode rather than large, heavy particles.
  • the cover of the electrodes by an electrically non-conductive layer ensures that the suspended particles in the originallyström be deflected according to their charge to the positive pole or to the negative pole of the corresponding electrode, but not adhere to the inner surface of the separator, or at least the adhesion is reduced , Particles without charge potential follow the current thread of the solid-gas mixture and are discharged in the middle of the pipe separator.
  • the circular field electrodes are arranged in the pipe jacket of the pipe separator, wherein the pipe jacket, as already stated, from a dielectric such. As glass is formed.
  • z. B. glass trained carrier tube has the field electrodes on the outer circumferential surface of the tube.
  • the tube of the tube separator at the lower end has two separating tabs to the
  • the invention also provides a device for the electrostatic separation of electrically differently charged particles from a valuable material mixture, for.
  • a mineral salt mixture comprising a tube separator of the type described above
  • an apparatus in particular a so-called fluidized bed fixed bed apparatus, is provided in which conditioned the material mixture to be separated, fluidized by a gas stream and thereby charged triboelectrically, wherein the fluidized bed fixed bed apparatus by at least one
  • Pipe is directly in communication with the pipe separator, wherein, the solid-gas mixture is fed through the at least one pipe to the pipe separator at a predetermined flow rate.
  • the subject of the invention is that the solid-gas mixture with a certain flow velocity
  • the tube separator the solid-gas mixture is supplied at an increased speed, for example, with a flow rate of 10 m / sec, then this means that there are essentially no differential speeds between the gas on the one hand and the particles on the other. Force influences due to flow resistances, in particular in the case of fine-grained particles, are essentially eliminated in this respect. However, this also means that the same conditions prevail over the length of the tube separator, which means that the field strength between the electrodes can be set to an optimum value.
  • Another advantage of the increased velocity of the particle flow in the pipe separator is that in the edge region of the pipe separator, the flow is turbulent, resulting in a quasi-automatic cleaning of the
  • Inner shell causes and thus the risk of buildup is further reduced.
  • the apparatus in particular the fluid bed fixed bed apparatus, has
  • the conditioning of the solid particles or particles takes place.
  • the conditioning of the individual particles takes place for example by the addition of a conditioning agent.
  • the turbulence of the solid-gas mixture takes place for the purpose of triboelectric charging of the particles.
  • at least one injector nozzle is provided in the second chamber in order to supply the solid-gas mixture to the pipe separator by means of a pipe which runs in particular straight, iri of which a further triboelectric charging takes place. That is, directly from the fluidization chamber, the second chamber, the solid-gas mixture is fed to the tube separator.
  • a straight pipeline has the advantage that the loss of charge of the triboelectrically charged particles is minimized since, in contrast to a curved conduit, the particles come to a slight extent in contact with the pipeline, which is usually electrically conductive.
  • the pipeline can be as short as desired.
  • the fluid bed fixed bed apparatus has a third one
  • the third chamber is a recyclable material mixture from the filter system fed to the fluidized bed fixed bed apparatus, and the third chamber has at least one injector nozzle to supply the recyclable material mixture to the pipe separator.
  • the pipe separator, to which this fine mixture is supplied, can be specially adjusted to this grain size.
  • All chambers are in communication with each other. However, this also means that the particles in the individual chambers continuously mix with each other, which means, in particular with regard to the recyclable material mixture, that this accumulates to a certain extent in the downstream third chamber.
  • the individual injector nozzles can be set with respect to the particle size of the particles of the valuable substance mixture to be accommodated, ie a geometrical adjustment of the injector nozzles takes place with regard to the particles to be discharged into the tube separator. As a result, still relatively small particles can be supplied to the pipe separator.
  • the invention also provides a process for the electrostatic separation of differently charged particles of a valuable mixture, for.
  • the material mixture is fed to the pipe separator immediately after conditioning and the triboelectric charging using the gas flow in the swirled state with a certain flow velocity from the Verwirbelungshunt, wherein the flow velocity at the inlet of the pipe separator at the outlet of the pipe separator corresponds. It is advantageous in this case that the flow rate at which the valuable-gas mixture is fed to the pipe separator, is adjustable depending on the one hand on the length of the pipe separator and on the other hand on the inner diameter of the pipe separator.
  • Fig. 1, Fig. 1a show the fluidized bed fixed bed apparatus
  • Fig. 2-4 show different embodiments
  • the fluidized-bed fixed-bed apparatus denoted by 1 in FIGS. 1 and 1a comprises the three chambers 17, 18 and 21.
  • the object of the invention is to be described
  • Recyclable mixtures, z. B. a salt mixture is carried by the line 6 in the so-called first chamber, the conditioning chamber.
  • the supply of reagents through the line 16 also takes place in this chamber 17.
  • the line 16 is introduced in the bottom area of the chambers 17.
  • Through line 11 is optionally a heat exchanger 22 by means of a blower 22 a gas, for.
  • a gas for.
  • This gas especially air, causes turbulence and thus a triboelectric charging of the individual particles of the valuable mixture.
  • one or more outlets 19 are provided to fines with the
  • the size of the particles carried out is dependent on the strength of the air flow, which is conveyed through the conduit 11. With stronger flow also correspondingly larger particles are discharged through the line. From the filter 7, these filtered particles of a certain size of the chamber 21 are fed into the fluidized bed fixed bed apparatus. By returning the ultrafine particles into the section 21 of the apparatus 1, the process parameters of the solid-gas mixture and the electric field strength in the tube separator for the separation of the larger particles from the chamber 18 and the finer particles from the chamber 21 can be adjusted in accordance with the process.
  • the individual chambers 17, 18 and 21 communicate with each other. This causes a constant mixing of the individual particles within the fluidized bed fixed bed apparatus.
  • injector nozzles 3 are arranged, which are fed by the air flow 2 through the fan 2a from the filter 7. The use of this gas stream has for the
  • the two injector nozzles within the Verwirbelungshunt 18 are directly connected by pipes 4 with the two pipe separators 5 in connection.
  • Another injector nozzle 3 is located in the chamber 21, and leads the predominantly fine particles to another tube separator 5.
  • respective pipe separators 5 are connected to the injector nozzles 3 by non-angled or curved pipes 4, with the result that the loss of charges of the triboelectrically charged particles is minimized.
  • the solid gas mixture which is supplied to the tube separators 5 by the injector nozzles 3 enters the tube separators at a certain speed, for example 10 m / sec.
  • the flow rate is in this case over the length of the pipe separator in
  • Scheiderzonne 12, 13 which provide for a discharge of the positively charged particles or the negatively charged particles and a middle good.
  • FIGS. 2-4 The subject matter of FIGS. 2-4 is the arrangement of the field electrodes 8, 9 on the wall of the carrier tube 10 of the tube separator. According to FIG. 2, the field electrode 8, 9 is in the jacket of the tube separator
  • the jacket of the tube separator is used as a dielectric, for. As glass formed.
  • the arcuate electrode is located on the outer jacket of the glass tube 10 of the tube separator.
  • the embodiment according to FIG. 4 shows only a square tube of a tube separator with external field electrodes 8, 9.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Rohrscheider (5) zur elektrostatischen Trennung von elektrisch unterschiedlich geladenen Teilchen eines Wertstoffgemisches, z. B. eines Mineralsalzgemisches, umfassend ein Trägerrohr (10), wobei das Trägerrohr zwei einander gegenüberliegend angeordnete Feldelektroden (8, 9) zum Aufbau eines elektrischen Feldes aufweist, wobei die Feldelektroden (8, 9) durch eine Isolatorschicht nach innen abgedeckt sind.

Description

ELEKTROSTATISCHE TRENNUNG EINES WERTSTOFFGEMISCHES, z. B. EINES MINERALSALZGEMISCHES MIT HILFE EINES ROHRSCHEIDERS SOWIE EINE VORRICHTUNG ZUR ELEKTROSTATISCHEN TRENNUNG EINES SOLCHEN WERTSTOFFGEMISCHES MIT HILFE EINES ROHRSCHEIDERS SOWIE EIN VERFAHREN ZUR ELEKTROSTATISCHEN
TRENNUNG
Die Erfindung betrifft einen Rohrscheider zur elektrostatischen Trennung eines Wertstoffgemisches sowie eine Vorrichtung zur elektrostatischen Trennung, umfassend einen Rohrscheider sowie ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung.
Die elektrostatische Trennung eines Wertstoffgemisches erfolgt in einem elektrischen Feld, das durch zwei Feldelektroden aufgebaut wird,; wobei die eine Feldelektrode am Minuspol und die andere am Pluspol anliegt. Die Spannung beträgt mehrere 10.000 V, wobei der Strom sich jedoch im mA- Bereich bewegt. Das Prinzip der elektrostatischen Trennung wird
üblicherweise angewandt bei der Trennung von Phosphaten, Metalloxiden, Kohle, Kunststoffen, aber auch von Mineralsalzgemischen. Für die
Sortierung von Feststoffpartikeln oder Teilchen im Wege der elektrostatischen Trennung liegt der Ausgangsstoff als Schüttgutgemisch von einzelnen Teilchen mit unterschiedlicher physikalischer und chemischer Eigenschaft vor. Das Ziel der elektrostatischen Trennung besteht in der sortenreinen Trennung eines solchen Schüttgut-Gemisches. ,
Für die elektrostatische Trennung wird die unterschiedliche elektrische Aufladbarkeit der einzelnen Teilchen genutzt. Zur Erzielung einer möglichst sortenreinen Trennung eines solchen Wertstoff gern isches wird zunächst so vorgegangen, dass das Wertstoff gern isch möglichst fein zermahlen wird,
BESTÄTIGUNGSKOPIE vor dem Hintergrund, dass die Partikel einen sehr hohen Gehalt des einen oder des anderen Wertstoffes aufweisen. Übliche Partikelgrößen bewegen sich im Bereich von 30 μπι bis 3000 μιη. Nach einer solchen Zerkleinerung des Wertstoffgemisches erfolgt die elektrostatische Aufladung der einzelnen Teilchen oder Partikel. Hierfür wird zunächst das Wertstoffgemisch konditioniert und dann triboelektrisch aufgeladen. Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften und der entsprechenden Konditionierung, beispielsweise durch die Zugabe von Reagenzien, laden sich einzelne Teilchen positiv oder negativ auf; andere Teilchen erhalten kein Ladungspotenzial.
Die Trennung der negativ und positiv geladenen Teilchen erfolgt in dem elektrischen Feld, das beispielsweise in einem Freifallscheider aufgebaut wirdi Hierbei werden die positiv geladenen Teilchen von der Elektrode angezogen, die am Minuspol anliegt, wohingegen die Teilchen, die negativ geladen sind, von der Elektrode, die am Pluspol anliegt, angezogen werden. Darüber hinaus gibt es ein Mittelgut, das zu keiner Seite hin abgelenkt wird, da die Teilchen nicht oder nicht ausreichend positiv oder negativ geladen sind.
Der Vorteil einer solchen elektrostatischen Trennung liegt darin, dass es sich um ein trockenes Trennverfahren handelt, mithin belastete Abwasser nicht anfallen, was insbesondere im Bereich der Trennung von Mineralsalzgemischen, insbesondere bei der Kali-Herstellung, von Vorteil ist.
Im Gegensatz zur elektrostatischen Trennung ist die sogenannte
magnetische Trennung (DE 195 10 116 A1) bekannt, bei der die Teilchen des zu trennenden Gemisches ferritischen Ursprungs sein müssen.
Das heißt, eine Trennung in einem magnetischen Feld ist nur dann möglich, wenn eines der zu trennenden Teilchen Anteile von Eisen enthält, also magnetisch ist. Aus der DE 36 03 167 C1 ist bekannt, die triboelektrische Aufladung und Konditionierung von feinteiligen Salzgemengen in einem Fließbett mit lang gestreckter Fluidisierungskammer vorzunehmen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass auf dem Transportweg zwischen dem Fließbett und der Trennapparatur Oberflächenladungen auf den Partikeln abfließen, mithin die Ladungsdichte der einzelnen Partikel abnimmt, was zur Folge hat, dass die Trennung im elektrischen Feld nur mit
Qualitätsverlust erfolgt.
Aus der DE-PS 12 49 181 ist in diesem Zusammenhang ein ringförmiger Scheider bekannt, der eine ringförmige Leitung mit einer oder ohne eine lonisationsstrecke sowie einem Abschnitt mit zwei im Wesentlichen parallelen, ein elektrostatisches Feld erzeugenden Elektroden versehen ist. Die Trennung beruht hierbei auf dem Prinzip der Fliehkraft. Nachteilig hierbei ist, dass aufgrund der auf die Partikel einwirkenden Fliehkräfte das Trennergebnis negativ beeinflusst wird.
Aus dem Sonderdruck Winnacker · Küchler, Chemische Technik, Prozesse und Produkte, Band 8, 5. Auflage "Produkte der Kaliindustrie" (Wiley-VCH- Verlag GmbH & Co. KGaA), ist unter dem Stichwort "Elektrostatische Trennung" auf den Seite 68 ff. die Trennung in einem Röhrenfreifall- scheider beschrieben. Hierbei rieselt das Wertstoffgemisch im Freifall durch ein Hochspannungsfeld, die positiv und negativ geladenen Teilchen' werden entsprechend ihrer Ladung von den Polen abgestoßen bzw. angezogen und aus ihrer senkrechten Fallrichtung abgelenkt. Teilchen, die keine eindeutige Ladung aufweisen, folgen der senkrechten Richtung des freien Falls. So entstehen am Ende der Fallstrecke zwei Stoffströme, die jeweils die Anreicherung eines Wertstoffs aufweisen, sowie ein dritter Stoffstrom, der kein Oberflächenpotenzial aufweist und im Wesentlichen das
Wertstoff gern isch darstellt. Pluspol und Minuspol der Apparatur sind als drehende Röhren aus elektrisch leitendem Werkstoff ausgebildet. Um Partikelbeläge auf den Elektroden und damit eine Schwächung des elektrischen Feldes zu vermeiden, ist eine Reinigungsapparatur in Form von Bürsten vorgesehen.
Nachteilig hierbei ist, dass aufgrund der Länge des Transportwegs und der Art des Transports zwischen dem Verfahrensschritt der iriboelektrischen Auflädung und der Trennung im Freifallscheider Oberflächenladungen von den Partikeln abfließen, mithin das Trennverfahren mit Qualitätsverlust erfolgt. Bei langen Transportwegen ist darüber hinaus auch die
Zwischenschaltung von weiteren Fördereinrichtungen erforderlich.
Des Weiteren ist dieser bekannte Freifallscheider für feinkörnige und leichte Partikel, die einen Durchmesser von < 150 μππ aufweisen, ungeeignet, weil diese Stoffe nicht nur überwiegend den Gesetzen des freien Falles folgen, sondern Strömungseinflüsse der frei fallenden Partikel im umgebenden Gas eine größere Wirkung zeigen. Die Folge hiervon ist, dass sich solche feinen Partikel an den Elektroden niederschlagen, wodurch das elektrische Feld in seiner Stärke gemindert wird, was schlussendlich die Qualität der Trennung reduziert. Durch die bereits erwähnte Reinigungsapparatur kann die Entstehung von Staubbelägen an den Elektroden zwar reduziert, jedoch nicht gänzlich unterbunden werden.
Darüber hinaus können erhöhte Salzanhaftungen Überschläge, mithin Kurzschlüsse, bewirken, was zur Folge hat, dass der gesamte Freifallscheider heruntergefahren und wieder hochgefahren werden muss, mit der weiteren Folge, dass die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage abnimmt. Auch ist nach dem Stand der Technik der Abstand zwischen den
Elektroden relativ groß; insofern muss ein starkes elektrisches Feld aufgebaut werden, was höhere Spannungen notwendig macht, und zwar in der Größenordnung von etwa 100 000 V. Zwar sind die Ströme im mA- Bereich relativ gering, jedoch ist immer noch eine erhebliche Leistung erforderlich. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Rohr- scheider sowie eine Vorrichtung unter Verwendung eines Rohrscheiders, sowie auch ein Verfahren bereitzustellen, das mithilfe einer solchen
Vorrichtung arbeitet, mit der das Trennergebnis bei verhältnismäßig geringen Investitionskosten signifikant gesteigert werden soll. Zudem soll der Apparat sowohl für feines Kornspektrum als auch für grobes Kornspektrum gleichermaßen geeignet sein,
Gegenstand der Erfindung ist insofern zunächst ein Rohrscheider zur elektrostatischen Trennung von elektrisch unterschiedlich geladenen Teilchen eines Wertstoffgemisches, z. B. eines Mineralsalzgemisches, umfassend ein Trägerrohr, wobei das Trägerrohr zwei einander gege- überliegend angeordnete Feldelektroden zum Aufbau eines elektrischen Feldes aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass die
Feldelektroden durch eine Isolatorschicht nach innen, das heißt in Richtung auf das Rohrinnere, abgedeckt sind. Eine solche Isolatorschicht, als Dielektrikum ausgebildet, besteht z. B. aus Glas.
Es wurde bereits an anderer Stelle dargelegt, dass der Nachteil der herkömmlichen Scheider darin liegt, dass aufgrund der unmittelbaren Anordnung der Feldelektroden im Strom der zu trennenden Wertstoffpartikel es zu Ahhaftungen an den Elektroden kommt. Dies bewirkt, dass die Feldstärke abnimmt. Dies bewirkt weiterhin, dass das Trennergebnis schlechter wird, wobei insofern, wie bereits an anderer Stelle erläutert, durch rotierende Bürsten die Elektroden in bestimmten Abständen gereinigt werden müssen, wobei der zeitliche Abstand zwischen zwei Reinigungsvorgängen im Wesentlichen bestimmt ist durch die Partikelgröße des zu trennenden Wertstoffgemisches. Das heißt, staubförmige Partikel führen eher dazu, dass es zu Anhaftungen an der Elektrode kommt, als große, schwere Partikel. Die Abdeckung der Elektroden durch eine elektrisch nicht leitende Schicht sorgt dafür, dass die im Förderström schwebenden Partikel zwar entsprechend ihrer Ladung zum Pluspol oder zum Minuspol der entsprechenden Elektrode abgelenkt werden, aber nicht an der Innenmantelfläche des Scheiders anhaften, oder aber zumindest die Anhaftung vermindert ist. Partikel ohne Ladungspotenzial folgen dem Stromfaden des Feststoff-Gas- Gemisches und werden in der Mitte des Rohrscheiders ausgetragen.
Durch die Verwendung eines Dielektrikums oder einer nicht leitenden Beschichtung auf der Elektrode werden solche Anhaftungen, wie oben beschrieben, weitgehend vermieden. Die Folge hiervon ist, dass die Feldstärke im Verhältnis vermindert werden kann, da die Feldstärke nicht, wie beim Stand der Technik, aufgrund von Salzablagerungen, abnimmt und insofern durch eine höhere Feldstärke kompensiert werden muss. Bereits insofern ist das Trennergebnis gegenüber dem Stand der Technik wesentlich besser.
Vorteilhaft sind bei dieser Ausführungsform die kreisförmig ausgebildeten Feldelektroden in dem Rohrmantel des Rohrscheiders angeordnet, wobei der Rohrmantel, wie bereits ausgeführt, aus einem Dielektrikum, wie z. B. Glas, ausgebildet ist.
Eine andere Variante zeichnet sich dadurch aus, dass das aus z. B. Glas ausgebildete Trägerrohr die Feldelektroden auf der Außenmantelfläche des Rohres aufweist.
Um eine Trennung der zur positiv bzw. negativ geladenen Elektrode abgelenkten Partikel vom Mittelstrom zu erreichen, weist das Rohr des Rohrscheiders am unteren Ende zwei Scheiderzungen auf, um die
Feststoffströme zu separieren. , Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine Vorrichtung zur elektrostatischen Trennung von elektrisch unterschiedlich geladenen Teilchen aus einem Wertstoffgemisch, z. B. eines Mineralsalzgemisches, umfassend einen Rohrscheider der vorbeschriebenen Art, wobei erfindungsgemäß ein Apparat, insbesondere ein sogenannter Fließbett-Festbettapparat, vorgesehen ist, in dem das zu trennende Wertstoffgemisch konditioniert, durch einen Gasstrom verwirbelt und hierbei triboelektrisch aufgeladen wird, wobei der Fließbett-Festbettapparat durch mindestens eine
Rohrleitung unmittelbar mit dem Rohrscheider in Verbindung steht, wobei, das Feststoff-Gas-Gemisch durch die mindestens eine Rohrleitung dem Rohrscheider mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt wird.
Wesentlich bei der Ausbildung der Vorrichtung zur elektrostatischen Trennung ist, dass das Feststoff-Gas-Gemisch unmittelbar aus dem
Verwirbelungsvorgang heraus, also quasi im Schwebezustand der , Feststoffpartikel, dem Rohrscheider zugeführt wird. Dies vor folgendem Hintergrund:
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, das Wertstoffgemisch zunächst^u mahlen und zu konditionieren, um dann die einzelnen Partikel triboelektrisch aufzuladen. Ein solchermaßen behandeltes Gemisch wird üblicherweise als Schüttgut dem Freifallscheider zugeführt. Die Förderung des Schüttgutes erfolgt häufig genug auch in metallischen Stetigförderern, was bewirkt, dass sich die Ladungsdichte der einzelnen Teilchen vermindert, da die Ladungen zum Teil über benachbarte Partikel, aber auch beispielsweise über den zuvor beschriebenen Stetigförderern aus Metall
abwandern. Die Folge hiervon ist, dass dann, wenn das Feststoff-Gemisch dem Freifallscheider zugeführt wird, aufgrund der geringeren Ladungsdichte auf den Teilchen eine hinreichend gute Trennung nicht erzielt werden kann. Dadurch, dass das Feststoff-Gas-Gemisch unmittelbar nach der
triboelektrischen Aufladung dem Rohrscheider zugeführt wird, findet eine Verminderung der Ladungsdichte im Wesentlichen nicht statt.
Des Weiteren ist Gegenstand der Erfindung, dass das Feststoff-Gas- Gemisch mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit dem
Rohrscheider zugeführt wird.
Beim Betrieb eines Freifallscheiders nach dem Stand der Technik ist es so, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches beim Einlass in den Freifallscheider sehr gering ist. Die Geschwindigkeit nimmt im Laufe des Durchtritts der einzelnen Partikel durch den Freifallscheider zu. Diese zunehmende Geschwindigkeit der einzelnen Partikel über die Länge des Freifallscheiders bewirkt, dass bei vorgegebener Feldstärke es vermehrt zu Ablagerungen feinster Partikel an der Elektrode kommt. Dies deshalb, weil bei einem Material, was besonders fein ist, also einen Durchmesser von < 150 μητι aufweist, der Luftwiderstand im Verhältnis zur Gravitationskraft so groß ist, sodass sich diese Partikel, da sie quasi im Schwebezustand gehalten werden, an den Elektroden ablagern und dort zu den Problemen führen, die bereits an anderer Stelle erläutert worden sind. ,
Wenn nun dem Rohrscheider das Feststoff-Gas-Gemisch mit einer erhöhten Geschwindigkeit zugeführt wird, also beispielsweise mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/sek, dann bedeutet dies, dass im wesentlichen keine Differenzgeschwindigkeiten zwischen dem Gas einerseits und den Partikeln andererseits bestehen. Krafteinflüsse aufgrund von Strömungswiderständen, insbesondere bei feinkörnigen Partikeln, sind insofern im Wesentlichen eliminiert. Das heißt aber auch, dass über die Länge des Rohrscheiders die gleichen Bedingungen herrschen, was bedeutet, dass die Feldstärke zwischen den Elektroden auf einen optimalen Wert eingestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil der erhöhten Geschwindigkeit des Partikelstroms im Rohrscheider besteht darin, dass im Randbereich des Rohrscheiders die Strömung turbulent ist, was eine quasi automatische Reinigung des
Innenmantels bewirkt und mithin die Gefahr von Anhaftungen weiter vermindert ist. Dies bedeutet auch, dass der Querschnitt des Scheiders vermindert werden kann, d. h. der Elektrodenabstand nimmt ab, weshalb bei gleicher Scheiderleistung geringere Spannungen erforderlich sind, was wiederum die Gefahr von Anhaftungen am Innenmantel herabsetzt.
Wie bereits an anderer Stelle erläutert, ist es beim Stand der Technik so, dass die Teilchen und hier insbesondere kleinteilige Partikel mit einem Durchmesser < 150 μηη, sich aufgrund der Feldstärke unmittelbar, und zwar insbesondere im oberen Bereich des Freifallscheiders an der
Innenmantelfläche des Freifallscheiders absetzen. Das Auftreffen von Feststoffpartikeln auf die Innenmantelfläche bewirkt immer einen
Verschleiß.
Durch die gerichtete Strömung aufgrund der vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit wird das senkrechte Auftreffen von Feststoffpartikeln auf die Innenmantelfläche gering gehalten, und insofern der Verschleiß vermindert. Das heißt, hohe Standzeiten des Rohrscheiders werden erreicht. Hierbei ist insbesondere zu bemerken, dass salzhaltige Gemische stark abrasiv sind, woraus sich unmittelbar der Vorteil von der Einbringung des Feststoff-Gas-Gemisches mit einer gerichteten Strömung durch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit offenbart.
Der Apparat, insbesondere der Fließbett-Festbettapparat, verfügt im
Einzelnen über mindestens zwei Kammern, wobei in der einen ersten Kammer die Konditionierung der Feststoffteilchen oder Partikel erfolgt. Die Konditionierung der einzelnen Partikel erfolgt beispielsweise durch die Zugabe eines Konditionierungsmittels. In der zweiten Kammer erfolgt die Verwirbelung des Feststoff-Gas-Gemisches zum Zwecke der triboelek- trischen Auflädung der Partikel. Zum unmittelbaren Austrag der Partikel ist in der zweiten Kammer mindestens eine Injektordüse vorgesehen, um das Feststoff-Gas-Gemisch dem Rohrscheider durch eine insbesondere gerade verlaufende Rohrleitung zuzuführen, iri der eine weitere triboelektrische Aufladung erfolgt. Das heißt, unmittelbar aus der Verwirbelungskammer, der zweiten Kammer, wird das Feststoff-Gas-Gemisch dem Rohrscheider zugeführt. Eine gerade verlaufende Rohrleitung hat den Vorteil, dass der Verlust an Ladung der triboelektrisch aufgeladenen Teilchen minimiert ist, da im Gegensatz zu einer gekrümmten Leitung die Teilchen in geringem Maße mit der Rohrleitung, die üblicherweise elektrisch leitend ist, in Berührung gelangen. Die Rohrleitung kann beliebig kurz sein.
Dies im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem das Feststoff-Gemisch als Schüttgut im Stetigförderer dem Freifallscheider zugeführt wird.
Des Weiteren verfügt der Fließbett-Festbettapparat über eine dritte
Kammer, wobei der dritten Kammer ein Wertstofffeingemisch aus der Filteranlage dem Fließbett-Festbett-Apparat zuführbar ist, und die dritte Kammer mindestens eine Injektordüse aufweist, um das Wertstofffein- gemisch dem Rohrscheider zuzuführen. Der Rohrscheider, dem dieses Feingemisch zugeführt wird, kann speziell auf diese Körnung eingestellt werden.
Sämtliche Kammern stehen miteinander in kommunizierender Verbindung. Das bedeutet aber auch, dass die Partikel in den einzelnen Kammern sich kontinuierlich miteinander vermischen, was insbesondere in Bezug auf das Wertstofffeingemisch bedeutet, dass dieses in einem bestimmten Umfang sich in der nachgeschalteten dritten Kammer anreichert. Die einzelnen Injektordüsen sind in Bezug auf die aufzunehmenden Teilchengröße der Teilchen des Wertstoffgemisches einstellbar, d. h., es erfolgt eine geometrische Einstellung der Injektordüsen im Hinblick auf die in den Rohrscheider abzuführenden Partikel. Dadurch können noch verhältnismäßig kleinteilige Partikel dem Rohrscheider zugeführt werden. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von unterschiedlich geladenen Teilchen eines Wertstoffgemisches, z. B. eines Mineralsalzgemisches mit Hilfe einer Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art. Hierbei wird das Wertstoffgemisch unmittelbar nach der Konditionierung und der triboelektrischen Aufladung mithilfe des Gasstroms im verwirbelten Zustand mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit aus der Verwirbelungskammer dem Rohrscheider zugeführt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit am Einlass des Rohrscheiders der am Auslass des Rohrscheiders entspricht. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Wertstoff-Gas- Gemisch dem Rohrscheider aufgegeben wird, einstellbar ist in Abhängigkeit einerseits von der Länge des Rohrscheiders und andererseits von dem Innendurchmesser des Rohrscheiders.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.
Fig. 1 , Fig. 1a zeigen den Fließbett-Festbett-Apparat mit
nachgeschalteten Rohrscheidern;
Fig. 2 - Fig. 4 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen und
Ausgestaltungen des Rohrscheiders.
Der in den Figuren 1 und 1a mit 1 bezeichnete Fließbett-Festbett-Apparat umfasst die drei Kammern 17, 18 und 21. Die Aufgabe des
Wertstoffgemisches, z. B. eines Salzgemisches, erfolgt durch die Leitung 6 in die sogenannte erste Kammer, die Konditionierungskammer. In diese Kammer 17 erfolgt ebenfalls die Zufuhr von Reagenzien durch die Leitung 16. Die Leitung 16 ist im Bodenbereich der Kammern 17 eingebracht.
Durch die Leitung 11 wird über gegebenenfalls einen Wärmetauscher 22 mithilfe eines Gebläses 22a Gas, z. B. Luft, in die Kammer 17, 18, 21 eingeführt. Dieses Gas, insbesondere Luft, sorgt für eine Verwirbelung und damit eine triboelektrische Aufladung der einzelnen Partikel des Wertstoffgemisches. Am oberen Ende des Fließbett-Festbett-Apparates sind eine oder mehrere Auslässe 19 vorgesehen, um Feinstpartikel mit dem
Gasstrom in den Filter 7 abzuführen. Die Größe der ausgeführten Partikel ist abhängig von der Stärke des Luftstroms, der durch die Leitung 11 gefördert wird. Bei stärkerer Strömung werden auch entsprechend größere Partikel durch die Leitung ausgetragen. Aus dem Filter 7 werden diese abgefilterten Partikel einer bestimmten Größe der Kammer 21 in den Fließbett-Festbett-Apparat zugeführt. Durch die Rückführung der Feinstpartikel in den Abschnitt 21 des Apparates 1 können die Verfahrensparameter des Feststoff-Gas-Gemisches und der elektrischen Feldstärke im Rohrscheider für die Trennung der größeren Partikel aus der Kammer 18 und der feineren Partikel aus der Kammer 21 verfahrensgerecht angepasst werden.
Wie bereits an anderer Stelle erläutert sind die einzelnen Kammern 17, 18 und 21 kommunizierend miteinander verbunden. Dies bewirkt eine ständige Durchmischung der einzelnen Partikel innerhalb der Fließbett-Festbett- Apparate. In der Kammer 18 und in der Kammer 21 sind Injektordüsen 3 angeordnet, die vom Luftstrom 2 durch das Gebläse 2a aus dem Filter 7 gespeist werden. Die Verwendung dieses Gasstromes hat für die
Versorgung der Injektordüsen 3 insofern Vorteile, als dieser Gasstrom, dadurch, dass er sich bereits in den Apparat 1 befand/mit Reagenzien für die Konditionierung angereichert ist, was für eine weitere triboelektrische Aufladung der Teilchen beim Transport durch die Rohrleitungen im
Rohrscheider sorgt.
Die beiden Injektordüsen innerhalb der Verwirbelungskammer 18 stehen durch Rohrleitungen 4 unmittelbar mit den beiden Rohrscheidern 5 in Verbindung. Eine weitere Injektordüse 3 befindet sich in der Kammer 21 , und führt die überwiegend feinen Partikel einen weiteren Rohrscheider 5 zu. Bei der Darstellung gemäß Figur 1a ist im Gegensatz zu Figur 1 der jeweilige Rohrscheider 5 mit den Injektordüsen 3 durch nicht abgewinkelte oder gekrümmte Rohrleitungen 4 verbunden, was zur Folge hat, dass der Verlust an Ladungen der triboelektrisch aufgeladenen Teilchen minimiert ist.
Das Feststoffgasgemisch, das durch die Injektordüsen 3 den Rohr- scheidern 5 zugeführt wird, tritt in die Rohrscheider mit einer bestimmten Geschwindigkeit ein, nämlich beispielsweise 10 m/sek. Die Strömungsgeschwindigkeit ist hierbei über die Länge des Rohrscheiders im
Wesentlichen gleichbleibend. Am unteren Ende befinden sich Scheiderzungen 12, 13, die für einen Austrag der positiv geladenen Teilchen bzw. auch der negativ geladenen Teilchen sowie eines Mittelgutes sorgen.
Gegenstand der Figuren 2 - 4 ist die Anordnung der Feldelektroden 8, 9 an der Wandung des Trägerrohres 10 des Rohrscheiders. Gemäß Fig. 2 ist hierbei die Feldelektrode 8, 9 in dem Mantel des Rohrscheiders
angeordnet. Der Mantel des Rohrscheiders ist als Dielektrikum, z. B. Glas, ausgebildet.
Bei der Darstellung gemäß Fig. 3 befindet sich die kreisbogenförmige Elektrode auf dem Außenmäntel des Glasrohres 10 des Rohrscheiders. Die Ausbildung gemäß Fig. 4 zeigt lediglich ein quadratisches Rohr eines Rohrscheiders mit außen aufsitzenden Feldelektroden 8, 9.

Claims

Patentansprüche
1. Rohrscheider (5) zur elektrostatischen Trennung von elektrisch
unterschiedlich geladenen Teilchen eines Wertstoffgemisches, z. B. eines Mineralsalzgemisches, umfassend ein Trägerrohr (10), wobei das Trägerrohr zwei einander gegenüberliegend angeordnete Feldelektroden (8, 9) zum Aufbau eines elektrischen Feldes aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Feldelektroden (8, 9) durch eine Isolatorschicht nach innen abgedeckt sind.
2. Rohrscheider nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerrohr (10) aus einem elektrischen Isolator, insbesondere Glas, ausgebildet ist, wobei die Feldelektroden (8, 9) in dem Rohrmantel angeordnet sind.
3.. Rohrscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerrohr (10) als ein Isolator ausgebildet ist, wobei die Feldelektroden (8, 9) auf der Außenmantelfläche des Trägerrohres (10) angeordnet sind.
4. Rohrscheider nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerrohr (10) des Rohrscheiders (5) am unteren Ende zwei Scheiderzungen (12, 13) aufweist, um die Feststoffströme zu
separieren.
5. Vorrichtung zur elektrostatischen Trennung von elektrisch
unterschiedlich geladenen Teilchen eines Wertstoffgemisches, z. B. eines Mineralsalzgemisches, umfassend einen Rohrscheider (5) gemäß einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen Apparat, insbesondere einen Fließbett-Festbett-Apparat (1), in dem das zu trennenden Werkstoffgemisch konditioniert wid, und durch einen Gasstrom verwirbelt und triboelektfisch aufgeladen wird, wobei der Apparat (1) durch mindestens eine Rohrleitung (4) unmittelbar mit dem Rohrscheider (5) in Verbindung steht, wobei das Feststoff-Gas- Gemisch durch mindestens eine Rohrleitung (4) dem Rohrscheider (5) mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zugeführt wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Apparat (1) über mindestens zwei Kammern (17, 18) verfügt, wobei in einer ersten Kammer (17) die Konditionierung der
Feststoffteilchen erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Kammer (18) die Verwirbelung der Partikel durch Zufuhr eines Gasstromes erfolgt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Kammer (18) mindestens eine Injektordüse (3) vorgesehen ist, um ein Feststoff-Gas-Gemisch dem Rohrscheider (5) durch eine Rohrleitung (4) unmittelbar zuzuführen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, ( dass eine dritte Kammer (21) vorgesehen ist, wobei der dritten Kammer (21) ein Wertstofffeingemisch zuführbar ist, wobei die dritte Kammer (21) mindestens eine Injektordüse (5) aufweist, um das
Wertstofffeingemisch einem Rohrscheider (5) durch eine Rohrleitung (4) unmittelbar zuzuführen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kammern (17, 18, 21) unmittelbar untereinander
kommunizierend in Verbindung stehen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Injektordüse (3) in Bezug auf die aufzunehmende
Teilchengröße der Teilchen des Wertstoffgemisches einstellbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rohrleitung (4) gerade verlaufend ausgebildet ist.
13. Verfahren zur elektrostatischen Trennung der unterschiedlich geladenen Teilchen eines Wertstoffgemisches, z. B. eines Mineralsalzgemisches, mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 5-12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Feststoffgemisch unmittelbar nach der Konditionierung und der triboelektrischen Aufladung mit Hilfe des Gasstroms unmittelbar aus dem Verwirbelungszustand heraus mit einer bestimmten
Strömungsgeschwindigkeit dem Rohrscheider (5) zugeführt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Feststoff-Gas-Gemisches am
Einlass des Rohrscheiders (5) in etwa der am Auslass des
Rohrscheiders (5) entspricht.
14. Verfahren zur elektrostatischen Trennung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Feststoff-Gas-Gemisch dem Rohrscheider (5) aufgegeben wird, abhängig ist von der Länge des Rohrscheiders und des Innendurchmessers des Trägerrohres (10) des Rohrscheiders (5).
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