DE4222870A1 - Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von PartikelnInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
- B03C7/00—Separating solids from solids by electrostatic effect
- B03C7/006—Charging without electricity supply, e.g. by tribo-electricity, pyroelectricity
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- Electrostatic Separation (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufladung von
Partikeln durch Hindurchleiten eines Partikelstroms durch
einen Reibungsauflader.
Bei der elektrostatischen Separation von Partikeln, z. B. Koh
leteilchen, werden in einem Reibungsauflader (TRIBO-Auflader)
fein gemahlene Kügelchen durch Stöße an Festkörpern, z. B.
Wänden, aufgeladen. Reibungsauflader dieser Art sind bei
spielsweise im Prospekt "ESB Elektrostaik-Automatik-Pulverbe
schichtungs-Systeme", Seite 13, der Firma ESB, Meersburg
(BRD), undatiert, beschrieben. Diese Aufladung hängt stark von
den dielektrischen Eigenschaften der Partikel ab. Ein guter
Isolator wird dabei anders als ein schlechter aufgeladen, so
daß man das gute Isolatormaterial vom schlechten in einem
elektrischen Feld trennen kann.
Bei der Behandlung von Kohlestaub können die aschebildenden
und schwefelhaltigen Bestandteile durch unterschiedliche elek
trische Aufladungen (mit gegensinniger Polarität) abgetrennt
werden.
Die Reibungsaufladung und nachfolgende elektrostatische Tren
nung spielt aber auch bei anderen Verfahren eine Rolle, bei
denen Partikel appliziert oder entfernt werden sollen. So bie
ten sich elektrostatische Separationsverfahren bei der Gewin
nung von Kunststoff-Fraktionen aus gemischten Plastikabfällen
an. Die Fraktionen können dann einem Recyclingprozeß zuge
führt werden.
Auch bei der Auftragung von Pulverlacken auf Automobilkarossen
und dergl. können elektrostatische Applikationsverfahren ange
wandt werden. Zur Zeit können nur sehr spezielle Pulver tribo
elektrisch appliziert werden, weil sich manche Pulver nicht
aufladen lassen. Ebenso ist ein Farb- (sprich: Pulver-)Wechsel
nicht ohne weiteres möglich. Um neuartige Pulver mit anderen
dielektrischen Eigenschaften aufladen zu können oder raschen
Farbwechsel zu ermöglichen, wäre eine Aufladung sowohl von po
sitiver wie auch negativer Polarität wünschenswert. Die der
zeit bekannten Auflader arbeiten jedoch nur mit einer Polari
tät.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Sepa
ration von Partikeln anzugeben, bei welchem eine möglichst
vollständige Trennung der Fraktionen erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten
Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Partikel
strom durch einen ersten Reibungsauflader geleitet wird, in
welchem ein Teil der Partikel negativ aufgeladen und an
schließend von den nicht aufgeladenen separiert und ausgetra
gen wird, daß der Partikelstrom danach einem zweiten Rei
bungsauflader zugeführt wird, in welchem die verbliebenen Par
tikel weitgehend positiv aufgeladen und anschließend eben
falls von den nicht aufgeladenen Partikeln separiert und aus
getragen werden.
Als Reibungsauflader kommen hierbei bevorzugt solche zur Ver
wendung, bei denen die Aufladung der Partikel durch ein elek
trisches Feld unterstützt wird und die aufgeladenen Partikel
nach Verlassen des Reibungsaufladers durch Einwirken des elek
trischen Feldes umgekehrter Polarität von noch ungeladenen se
pariert werden, einem feldunterstütztem Reibungsauflader, wie
er Gegenstand der Europäischen Patentanmeldung 91104306.5 vom
20.3.1991 ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur
Abtrennung aschebildender und schwefelhaltiger Bestandteile in
pulverisierter Kohle, zur Kunstoffseparation und bei tribo
elektrisch applizierten Pulverbeschichtungen.
Vorteilhaft ist es, dabei einen Zusatzluftstrom außerhalb des
Reibungsaufladers zu führen, der erst nach der Reibungsaufla
dung auf die geladenen Partikel einwirkt.
Als "aktives" Material für den ersten Reibungsauflader kommen
insbesondere Legierungen von Metallen mit seltenen Erden
(La, Ce) oder mit seltenen Erden beschichtete Metallteile in
Frage. Die niedrige Austrittsarbeit der seltenen Erden gewähr
leistet eine hohe negative Aufladung der Partikel.
Als "aktives" Material für den zweiten Reibungsauflader kommt
insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) in Frage. Weil die
ses Material aufgrund seines hohen Oberflächenwiderstandes den
Abfluß der Ladungen erschwert, wird erfindungsgemäß dem Par
tikelstrom, der dem zweiten Reibungsauflader zugeführt wird,
ein positiv ionisiertes Gas, z. B. Stickstoff, zugeführt. Die
Ionisierung des Gasstromes kann z. B. eine radioaktive Strah
lung oder durch eine Koronaentladung erfolgen. Die positiv ge
ladenen (Stickstoff-)Ionen sorgen dafür, daß negative Über
schußladungen von der PTFE-Oberfläche abgeführt werden, so
daß stets eine elektrisch neutrale Oberfläche zur Kontakt
aufladung der Partikeln zur Verfügung steht.
Als optionale Maßnahme ist weiterhin vorgesehen, nach der Se
parierung der positiv geladenen Partikeln die den zweiten Rei
bungsauflader verlassenden nicht (positiv) aufgeladenen Parti
kel in den Gesamtprozeß zurückzuführen, also dem ersten oder
dem zweiten Reibungsauflader zuzuführen.
Die Erfindung sowie weitere mit ihr erzielbare Vorteile werden
nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus
führungsbeispiels näher erläutert.
In der Zeichnung ist in schematisierter Form das Verfahren zur
elektrostatischen Separation von Partikeln dargestellt, dabei
zeigt
Fig. 1 Flußdiagramm zur zweistufigen Aufladung von Parti
keln;
Fig. 2 einen vereinfachten Längsschnitt die Einrichtung zur
Durchführung des Verfahrens mit zwei in Serie ge
schalteten feldunterstützten Reibungsaufladern.
Gemäß Fig. 1 wird ein aus ungeladenen Partikeln bestehender
Partikelstrom P einem ersten Reibungsauflader R⁻ zugeführt.
Ein Teil der Partikel wird darin negativ aufgeladen, von den
nicht geladenen separiert und ausgetragen (Partikelteilstrom
P⁻). Der verbleibende Partikelstrom wird mit positiv ionisier
tem Gas, z. B. Stickstoff N⁺ aus einem Stickstoff-Reservoir N,
der in einer Ionisierungskammer I positiv ionisiert wurde,
vermischt und einem zweiten Reibungsauflader R⁺ zugeführt. In
diesem zweiten Reibungsauflader werden die Partikel positiv
aufgeladen, separiert und ausgetragen (Partikelteilstrom P⁺).
Ungeladene Partikel Pn werden zurück zum Eingang des ersten
Reibungsauflader R⁻ geleitet. Optional können diese Partikel
auch dem zweiten Reibungsauflader R⁺ zugeführt werden.
Der schematische Aufbau der beiden in Serie geschalteten Rei
bungsauflader R⁻ und R⁺ geht aus Fig. 2 hervor. Wie bereits
oben ausgeführt, unterscheiden sich beide Reibungsauflader im
wesentlichen nur in der Zusammensetzung des reibungsaktiven
Wandmaterials.
In einem auf Erdpotential liegenden ersten Rohr 1 ist eine in
Rohrlängsrichtung verlaufende erste Elektrode 2 angeordnet,
die gegenüber Erdpotential Negativ-Potential aufweist. Am un
teren Ende des Rohres 1 schließt sich ein siebartiger Ansatz
3 an, der ein trichterförmiges Ende 4 mit einer Austrittsöff
nung 5 aufweist. Die erste Elektrode 2 ragt bis in das trich
terförmige Ende 4 des Ansatzes 3 hinein. Dieser Ansatz 3 be
steht normalerweise aus Metall und liegt auf Massepotential.
Er kann aber auch aus einem dielektrischen Material bestehen.
Damit sich keine zu großen Oberflächenaufladungen bilden und
das Feld zu stark verzerrt würde, müßten Teilbereiche des
siebartigen Ansatzes 3 jedoch metallisiert sein, z. B. strei
fenförmig von oben nach unten.
Ein zweites Rohr 6 umgibt unter Belassung eines Ringspaltes 7
koaxial den siebförmigen Ansatz 3 und dient als zweite, auf
Positiv-Potential liegende zweite Elektrode. Durch diesen
Ringspalt 7 ist ein durch Pfeile symbolisierter Gasstrom 8 in
den Ringraum 7 einleitbar.
Unter der Austrittsöffnung 5 ist ein Auffangtrichter 9 vorge
sehen. Am unteren Ende des zweiten Rohres 6 und innerhalb des
selben ist eine rotationssymmetrische Leiteinrichtung 10 ange
ordnet.
Das erste Rohr 1 besteht aus einem für optimale negative Rei
bungsaufladung geeigneten Material. In Frage kommen dabei
besonders Legierungen von Metallen mit seltenen Erden, wie
Lanthan, Cer, Cer-Eisen, oder mit seltenen Erden beschichtete
oder bedampfte Metallteile. Besonders vorteilhaft ist es, in
das Rohr 1 einen Einsatz 11 aus einem derartigen Material ein
zusetzen. Im Beispielsfall besteht der Einsatz 11 aus einem
spiralig gewundenen Metallband, das überall an der Innenwand
des Rohres 1 anliegt und auswechselbar ist. Anstelle eines an
der Innenwand des Rohres 1 anliegenden und diese vollständig
bedeckenden Einsatzes mit glatter Oberfläche kann auch ein
spiraliger Einsatz mit voneinander distanzierten Windungen und
damit vergrößerter Oberfläche aus dem genannten speziellen Ma
terial verwendet werden, wie er in der eingangs genannten
Europäischen Patentanmeldung 91104306.5 in Fig. 2 beschrieben
ist. Auch die Verwendung eines von der Rohrwand distanzierten
spiraligen Einsatz gemäß Fig. 3 der zitierten Patentanmeldung
ist möglich.
Die Wirkungsweise des im vorstehenden beschriebenen Einrich
tung zur negativen Aufladung von Partikeln geht aus folgendem
hervor:
Das die zu trennenden Partikel enthaltende Gemenge wird am
oberen Ende des Rohres 1 in Pfeilrichtung zugeführt. Die
Partikel werden durch Kontakt mit den Rohrwänden negativ auf
geladen. Die niedrige Austrittsarbeit der seltenen Erden ge
währleistet eine hohe negative Aufladung der Partikel. Das
Feld dient zum beschleunigten Austrag am Ende des Triboauf
laders (Rohr 1). Durch einmaligen Stoß mit der Wand aufgela
dene Partikel werden zusätzlich vom elektrischen Feld ver
stärkt zur Wand getrieben und unterlaufen Mehrfachstößen, was
speziell im Fall von isolierenden Teilchen zu höherer Aufla
dung führt. Die dabei angewandten Feldstärken sollen so hoch
wie möglich sein und liegen im Bereich von einigen kV/cm bis
einige 10 kV/cm. Die so aufgeladenen Teilchen werden im sieb
förmigen Ansatz unter Einfluß des zwischen der Innenelektro
den 1 und Außenelektrode 6 wirkenden Feldes zur (positiven)
Außenelektrode 6 abgelenkt und durch die Maschen 12 des sieb
artigen Ansatzes 3 befördert. Vor dem Erreichen der positiven
Elektrode (Rohr 6) werden die Teilchen durch den äußeren Gas
strom 8 mit geeigneter Strömungsgeschwindigkeit mitgerissen
und ausgetragen. Negativ geladene Teilchen, welche die posi
tive Elektrode erreichen, verlieren ihre Ladung, können durch
geeignete Vorrichtungen, z. B. Klopfvorrichtungen, Bürsten
o. ä., von der Elektrode entfernt und dem Auflader erneut zuge
führt werden.
Partikel, die im Auflader nicht oder nur wenig Aufladung er
halten haben, gelangen durch den unteren Teil des trichterför
migen Endes 4 in den Auffangtrichter 9. Von dort aus werden
sie in den zweiten Reibungsauflader R⁺ überführt. Dieser ent
spricht in seinem grundsätzlichem Aufbau dem Aufbau des ersten
Reibungsauflader R⁻, mit folgenden Abweichungen: Der Einsatz
11 besteht aus einem Material, das eine hohe positive Aufla
dung der Partikeln verursacht. Als Material kommt hierbei ins
besondere Polytetrafluorethylen in Frage. Des weiteren sind
die Polaritäten der Spannungsquellen 13 gegenüber denjenigen
des ersten Reibungsaufladers R⁻ vertauscht, d. h. die erste
Elektrode 2 liegt auf positivem Potential, die zweite Elek
trode, das Rohr 6, liegt auf negativem Potential.
Die Zufuhr positiv ionisierten Gases erfolgt durch eine Gas
einleitvorrichtung 14 im Innenraum der Leitvorrichtung 10, am
Ausgang des ersten Reibungsaufladers R⁻, die in ihrer Geo
metrie dem Eingang des Rohres 1 des zweiten Reibungsaufladers
R⁺ angepaßt ist.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand einer koaxialen Anord
nung von Innenrohr 1, Innenelektrode 2 und Außenelektrode
(zweites Rohr 6) erläutert. Daneben sind auch Plattenanordnun
gen denkbar. Die koaxiale Anordnung hat jedoch den Vorteil,
ein besonders homogenes Feld (ohne Randverluste) aufzuweisen.
Bezeichnungsliste
1 erstes Rohr
2 Innenelektrode
3 siebartiger Ansatz
4 trichterförmiges Ende von 3
5 Austrittsöffnung an 4
6 zweites Rohr (Außenelektrode)
7 Ringspalt zwischen 3 und 6
8 Gasstrom
9 Auffangtrichter
10 Leiteinrichtung
11, 11a, 11b Einsatz in 1
12 Maschen von 3 bzw. 4
13 Gleichspannungsquellen
14 Gaseinleitvorrichtung
I Ionisationskammer
N Stickstoff-Reservoir
N⁺ positiv ionisierter Stickstoff
P ungeladene Partikel
P⁻ negativ geladene Partikel
P⁺ positiv geladene Partikel
Pn rückgeführte Partikel
R⁻ erster Reibungsauflader
R⁺ zweiter Reibungsauflader
2 Innenelektrode
3 siebartiger Ansatz
4 trichterförmiges Ende von 3
5 Austrittsöffnung an 4
6 zweites Rohr (Außenelektrode)
7 Ringspalt zwischen 3 und 6
8 Gasstrom
9 Auffangtrichter
10 Leiteinrichtung
11, 11a, 11b Einsatz in 1
12 Maschen von 3 bzw. 4
13 Gleichspannungsquellen
14 Gaseinleitvorrichtung
I Ionisationskammer
N Stickstoff-Reservoir
N⁺ positiv ionisierter Stickstoff
P ungeladene Partikel
P⁻ negativ geladene Partikel
P⁺ positiv geladene Partikel
Pn rückgeführte Partikel
R⁻ erster Reibungsauflader
R⁺ zweiter Reibungsauflader
Claims (5)
1. Verfahren zur elektrostatischen Aufladung von Partikeln
durch Hindurchleiten eines Partikelstroms durch einen
Reibungsauflader und nachfolgende Separation und Austra
gung der Partikel, dadurch gekennzeichnet, daß der Par
tikelstrom durch einen ersten Reibungsauflader (R⁻) ge
leitet wird, in welchem ein Teil der Partikel negativ
aufgeladen und anschließend von den nicht aufgeladenen
separiert und ausgetragen wird, daß der Partikelstrom
danach einem zweiten Reibungsauflader (R⁺) zugeführt
wird, in welchem die verbliebenen Partikel weitgehend po
sitiv aufgeladen werden anschließend ebenfalls von den
nicht aufgeladenen separiert und ausgetragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
im ersten Reibungsauflader (R⁻) als reibungsaufladungs
aktives Material eine Legierung von Metall mit seltenen
Erden, vorzugsweise La und/oder Ce, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß im zweiten Reibungsauflader (R⁺) als reibungsaufla
dungsaktives Material ein Kunststoff, vorzugsweise Poly
tetrafluorethylen, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der dem zweiten Reibungsauflader (R⁺)
zugeführte Partikelstrom vorgängig mit einem positiv
ionisierten Gas, vorzugsweise Stickstoff, vermischt wird
zur Abfuhr von Überschußladungen auf dem reibungsaufla
dungsaktivem Material des zweiten Reibungsaufladers (R⁺).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Aufladung der Partikel im ersten
(R⁻) und/oder im zweiten Reibungsauflader (R⁺) durch ein
elektrisches Feld unterstützt wird und die aufgeladenen
Partikel nach Verlassen des Reibungsaufladers durch Ein
wirken eines elektrischen Feldes umgekehrter Polarität
von noch ungeladenen separiert werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924222870 DE4222870A1 (de) | 1992-07-11 | 1992-07-11 | Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924222870 DE4222870A1 (de) | 1992-07-11 | 1992-07-11 | Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4222870A1 true DE4222870A1 (de) | 1994-01-13 |
Family
ID=6463008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924222870 Withdrawn DE4222870A1 (de) | 1992-07-11 | 1992-07-11 | Verfahren und Einrichtung zur Aufladung von Partikeln |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4222870A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1999030826A1 (en) * | 1997-12-17 | 1999-06-24 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | Method and apparatus for separating particles |
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-
1992
- 1992-07-11 DE DE19924222870 patent/DE4222870A1/de not_active Withdrawn
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Tonindustrie-Zeitung, 77/1953,H.5/6, S.83-88 * |
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