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Dokumentenidentifikation DE3787728T2 10.03.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0311617
Titel TRENNUNG DER BESTANDTEILE EINES TEILCHENGEMISCHES.
Anmelder International Separations Systems, Inc., Needham, Mass., US
Erfinder WHITLOCK, David,R,, CAMBRIDGE,MA 02138, US
Vertreter Farago, P., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anw., 80469 München
DE-Aktenzeichen 3787728
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 03.06.1987
EP-Aktenzeichen 879039659
WO-Anmeldetag 03.06.1987
PCT-Aktenzeichen US8701289
WO-Veröffentlichungsnummer 8707532
WO-Veröffentlichungsdatum 17.12.1987
EP-Offenlegungsdatum 19.04.1989
EP date of grant 06.10.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.03.1994
IPC-Hauptklasse B03C 7/08

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Verbesserungen bei trockenen Trennungsprozessen zur physikalischen Trennung von verschiedenen Gattungen von Materialbestandteilen einer Mischung von Partikeln, mehr speziell auf neue Verfahren und Vorrichtungen, um die entsprechenden Konzentrationen von getrennten Arten solcher Bestandteile zu erhöhen. Die Erfindung ist anwendbar auf eine breite Vielzahl von physikalischen Gemischen, wie die Trennung von Eiskristallen, von pulverisierten, gefrorenen, wäßrigen Lösungen sowie zur Vergütung von Erzen. Sie hat sich besonders nützlich in der Trennung von Verunreinigungen von Kohle, d. h. Kohlevergütung, erwiesen.

Die Bestandteile von Kohle, die als Verunreinigungen angesehen werden, beinhalten Schwefel und einige Mineralien, die eine nicht verbrennbare Asche bilden. Aschebildende Bestandteile bilden einen Überzug, verunreinigen und reduzieren in drastischer Weise die Wirksamkeit von Hitzeübertragung in Dampfkesseln und verunreinigen darüberhinaus die Umwelt. Schwefelhaltige Bestandteile tragen zur Umweltverschmutzung bei, wobei eine Form einer solchen Verschmutzung allgemein als saurer Regen bezeichnet wird. In ihrem natürlichen Zustand enthält Kohle variable Anteile dieser Verunreinigungen, wobei diese Anteile in einer beliebigen Lagerstätte von der geologischen Geschichte dieser Lagerstätte abhängt.

Kohlevergütung beginnt mit einem Prozeß von Zerstoßen, Pulverisieren oder Zersplittern von Kohle, um Kohlestücke in Partikel von immer kleinerer Größe aufzuspalten, was die Bestandteile voneinander freisetzt, wobei diese getrennt werden können. Unter Umständen ergibt dieser Prozeß Partikelgrößen von solcher Kleinheit, daß die Kosten und die Schwierigkeit der Handhabung des Produktes erhebliche Barrieren für den weiteren Fortschritt errichten. Je feiner die Kohle zerkleinert ist, um so größer ist der Anteil von Verunreinigungsbestandteilen, die auf physikalischem Weg losgelöst werden können zur letztendlichen Trennung von der Kohle. Fein zerkleinerte Kohlepartikel können in eine flüssige Aufschlämmung zur weiteren Behandlung eingebracht werden, jedoch benötigt dieses Vorgehen die Verwendung von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit, was zu den Kosten und zur Komplexität des Trennungsprozesses beiträgt und daher ökonomisch und logistisch nicht erwünscht ist im kommerziellen Maßstab. Trockentrennungsprozesse beinhalten die Schritte der elektrischen Aufladung der Partikel in einem Gemisch und danach die Trennung der aufgeladenen Partikel in einem elektrischen Feld in einem gasförmigen Medium. Jedoch gehen die Trockentrennungsprozesse, die jetzt kommerziell und industriell verfügbar sind, nicht in effektiver Weise mit den feineren Bestandteilen von Partikelmischungen um (z. B. kleiner als 37 Mikron oder 400 Maschen).

Es ist allgemein üblich bei den bekannten Verfahren, zuerst elektrische Ladungen auf die verschiedenen Arten der Bestandteile aufzubringen und dann die Arten in einem elektrischen Feld auf der Basis von verschiedenen Polaritäten zu trennen, jedoch hängt die Effektivität dieses zweiten Schrittes von den Partikeln ab, die ihre entsprechenden Ladungen beibehalten, bis sie in den Einfluß eines elektrischen Feldes geraten. Die vorliegende Erfindung führt ein neues Trockentrennungsverfahren ein, das diese Mängel auf neue Art und Weise beseitigt.

Ähnliche Probleme treten auf bei der Vergütung von Phosphaterzen, die in einer Matrix abgebaut werden, die aus Teilen von Phosphatgestein und beigemischten Silikaten in einem lehmähnlichen Material, das als "Schlamm" bekannt ist, bestehen. Das Matrixmaterial muß soweit als möglich aufgespalten werden, um das Phosphatgestein effizient zu bergen. Bei dem Vorgang werden bedeutende Mengen von ultrafeinen Partikeln (Schlammpartikel) erzeugt.

In der Zubereitung von Nahrungsmittelkonzentraten und anderen Substanzen aus einer flüssigen Lösung und aus Aufschlämmungen würde es nützlich sein, die Substanzen, die in der Flüssigkeit enthalten sind, durch Gefrieren der Flüssigkeit und Ausfilterung der Partikel in gefrorenem Zustand zu konzentrieren; ein Beispiel dafür ist die Konzentrierung eines Fruchtsaftes durch Gefrieren und Ausfilterung der Eiskristalle. Die gegenwärtige Technologie entfernt Wasser durch Verdunstung, was 0,43 J/kg (1000 BTU/lb) verbraucht, wogegen Gefrieren nur 0,06 J/kg (144 BTU/lb) erfordert. Die vorliegende Erfindung wird nutzbringend angewendet in einem Gefrierverfahren, dem die Pulverisierung der gefrorenen Flüssigkeit und dann die Entfernung der Partikel der gefrorenen Flüssigkeit in einem Trockentrennprozeß unter Verwendung von elektrostatischen Trennkräften folgt.

Die Erfindung lehrt neue Verfahren und Vorrichtungen zur elektrischen Aufladung und Trennung verschiedener Arten von Bestandteilen von Kohle und anderen Erzen, Lösungen und Verbindungen, inklusive pulverähnlichen, ultrafeinen Partikelgrößen (z. B. kleiner als 100 Mikron), sowie zur elektrischen Aufladung eines Gemisches, das solche ultrafeine Partikel enthält, um die Trennung von Verunreinigungspartikeln und Partikeln von Kohle, Phosphat, einer gelösten Substanz oder einem anderen erwünschten Bestandteil oder Arten von Bestandteilen in einer beliebigen solchen Mixtur voneinander in einem elektrischen Feld in einer effektiveren Weise zu ermöglichen, als dies bisher im kommerziellen Maßstab möglich war.

Die vorliegende Erfindung verwendet Verfahren zur Partikelaufladung, Artentrennung und Konzentrationsanreicherung und einen Apparat, der auf einer im wesentlichen kontinuierlichen Basis arbeitet. Die Partikel einer jeden Art in einem Gemisch werden durch Oberflächenkontakt aufgeladen, in einem elektrischen Feld entsprechend ihrer jeweiligen Polarität durch Bewegung in Richtung des Feldes getrennt, und die Partikel gleicher Nettopolarität werden im wesentlichen in kontinuierlichen Strömen transportiert, jeder von entgegengesetzter Nettopolarität, die nahe beieinander, in einer Richtung oder in Richtungen quer zum elektrischen Feld fließen, wobei die Ströme parallel zum elektrischen Feld in Verbindung stehen, um die Partikel zumindestens einer Art zum entsprechenden anderen Strom mit Hilfe des kontinuierlichen Partikelkontaktes und durch die Feldtrennung der geladenen Partikel überzuleiten, sobald sich die entsprechenden Ströme in querer Richtung zum elektrischen Feld fortbewegen.

Letztendlich hängt die Zusammensetzung der entsprechenden Ströme von deren individuellen Eigenschaften der Oberflächenkontaktaufladung ab. Die organischen und nicht-organischen Partikel in Kohle entwickeln Oberflächenkontaktladungen, die von entgegengesetzten Vorzeichen sind, wodurch eine vollständige Trennung der organischen von den nicht-organischen Arten theoretisch erreicht werden kann.

Die einzelnen Kohlemazerate haben jeweils geringfügig unterschiedliche Oberflächenkontakt-Aufladungseigenschaften und können ebenso voneinander getrennt werden. Kohle kann in verschiedene Fraktionen gespalten werden, in nichtorganische und verschiedene organische Ströme, wobei jeder verschiedene Eigenschaften hat. Somit kann Kohle von fremder Asche und Schwefel gereinigt werden und dann in Fraktionen aufgespalten werden, jede mit einem verschiedenen Anteil an Asche und Schwefel.

Ein allgemeiner Aspekt der Oberflächenkontaktaufladung nicht ähnlicher Materialien (z. B. Haftung zwischen verschiedenen Geweben, Reiben eines Katzenfells, Trennung von Zellophan von einer Oberfläche) ist der, daß in jedem Fall große Oberflächen sich zuerst in engem Kontakt miteinander befinden und dann durch eine makroskopische Entfernung getrennt werden. Die Ladungsübertragung geschieht während des engen Kontakts. Sodann wird, wenn die unähnlichen Teile physikalisch getrennt sind, an den Ladungen Arbeit verrichtet, wobei sich ihr Potential erhöht, bis sie elektrische Felder erzeugen können, die stark genug sind, um elektrostatische Kräfte oder Funken zu erzeugen (z. B. statische Haftung). Die Anzahl der Ladungen nimmt dabei nicht zu, sondern kann wegen der Entladung abnehmen, sobald die unähnlichen Materialien getrennt werden und positive und negative Ladungen sich wiedervereinigen.

Ein Trenngerät, das ein angelegtes elektrisches Feld zur Trennung unähnlicher Partikel mit verschiedenen Ladungen verwendet, funktioniert am besten, wenn die Größenordnung der Ladungen groß ist und die Distanz, die die Partikel überwinden müssen, klein ist (d. h. mikroskopisch anstatt makroskopisch). Andererseits muß eine Trennvorrichtung ein relativ makroskopisches Volumen besitzen, um makroskopische Mengen von Kohle oder anderem Material zu bearbeiten. Die vorliegende Erfindung bietet ein makroskopisches Volumen, das eine vergleichsweise mikroskopische Trenndimension besitzt durch Verwendung eines Apparates, der eine große Fläche und eine geringe Dicke besitzt, z. B. ein Papierbogen. Somit nimmt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Trennrate von geladenen Partikeln in einem elektrischen Feld durch Abnahme der Zeit zu, die benötigt wird, um ein Partikel von einem umgebenden Volumen von Partikeln zu trennen. Diese Zeit kann gekennzeichnet werden durch die Zeit, die benötigt wird, damit ein Partikel von einer Elektrode zu einer anderen wandert, was "Abstand" durch "Geschwindigkeit" geteilt, bedeutet.

Die vorliegende Erfindung verwendet ein elektrisches Feld, das zwischen zwei parallelen, im wesentlichen undurchlöcherten Elektroden angelegt ist, die einen Abstand "T" voneinander entfernt sind, was in der Praxis vorzugsweise weniger als ungefähr 10 mm ist, wobei eine Bahn der Dicke T definiert wird, durch welche aus Partikeln bestehende Materialen in einem oder mehreren Strömen gebracht werden, die quer zum Feld verlaufen, um die Partikel der Materialien elektrisch durch physikalischen Kontakt auf zuladen, während diese sich in dem Strom oder in den Strömen bewegen. Eine Mischung von Partikeln verschiedener Arten von Materialien wird durch mechanische Vorrichtungen in dem Strom oder den Strömen bewegt, während das Feld gleichzeitig die Arten in Übereinstimmung mit ihren jeweiligen Ladungen durch Induzierung von Partikelbewegungen parallel zum Feld voneinander trennt, wobei die Konzentration einer oder mehrerer Arten in jedem Strom oder in jedem der Ströme angereichert wird. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird die Dicke T des Feldes minimiert, weniger als 10 mm, wobei sich dies in etwa als Optimum herausgestellt hat, soweit die Raumerfordernisse eines bewegten Stromes oder bewegter Ströme von Partikeln betroffen sind, und für mechanische Vorrichtungen, um einen solchen Strom oder Ströme aufzubauen und aufrecht zu erhalten. Die maximale Feldstärke ist im wesentlichen nur durch die Funkenentladungscharakteristika des umgebenden Gases (wenn vorhanden) zwischen den Elektroden limitiert.

Partikel verschiedener Arten von Materialien befinden sich zwischen den Elektroden und zeigen, während sie kontaktgeladen werden, Raumladungen im Feld, die dem Feld entgegen wirken. "Raumladung" ist die Summe von Ladungen (Coulombs pro Partikel) auf allen Partikeln pro Flächeneinheit der Elektrode im Raum zwischen den Elektroden. Der Effekt einer Einheit (Coulomb), der räumlichen Ladung auf das Feld, ist unabhängig vom Zwischenraum T zwischen den Elektroden; ein größerer Elektrodenzwischenraum hat Raum für eine größere Menge von Partikeln pro Flächeneinheit der Elektrode als ein schmalerer Zwischenraum. Die Coulombs der Raumladung, die in dem Feld toleriert werden können, sind unabhängig von T.

Die räumliche Ladung ist dem angelegten Feld entgegengesetzt, wobei effektiv eine Reihe von Feldern zwischen den Platten erzeugt wird, wenn sich Partikel darin befinden. Jedoch haben zwei Zwischenräume, an denen dasselbe Feld angelegt ist, den gleichen maximalen Pegel an räumlicher Ladung, gemessen in Volt pro Einheit von T (z. B. jener Pegel an Raumladung, der ausreicht, um das angelegte Feld aufzuheben) - jedoch ist die Ladung (Coulombs) pro Partikel in einem schmalen Zwischenraum höher als in einem breiteren Zwischenraum, wegen der kleineren Anzahl von Partikeln, die sich in jedem Fall in einer Raumeinheit zwischen den Elektroden befinden. D.h., daß, wenn die gesamte räumliche Ladung in jedem Zwischenraum die gleiche ist, die Ladung pro Partikel in einem schmalen Zwischenraum größer ist. Entsprechend der Erfindung wird diese größere Ladung pro Partikel teilweise erreicht durch Verwendung eines schmalen Zwischenraums, der es erfordert, daß die Partikel mechanisch durch den Zwischenraum gebracht werden.

Die Stärke eines elektrischen Feldes ist das Verhältnis von angelegter Spannung "V" geteilt durch den Zwischenraum "T". Ein schmaler Zwischenraum T ermöglicht eine kleine Spannung V für die gleiche Feldstärke. Jedoch ist die Funkenentladungsfeldstärke für einen schmaleren Zwischenraum größer als für einen breiteren Zwischenraum. So ist bekannt, daß die Entladungsstärke von Luft 25 KV/cm für eine Zwischenraumlänge von ungefähr 100 mm ist, für längere Zwischenräume geringer und für kurze Zwischenräume sehr viel größer ist. Für einen Zwischenraum von 1,0 mm ist die offensichtliche Funkenentladungsspannung von Luft für planparallele Elektroden ungefähr 45 KV/cm. Die vorliegende Erfindung benützt diese höhere Spannung, um ein elektrisches Feld aufzubauen. Dies ermöglicht wiederum einen sogar höheren Pegel an räumlicher Ladung, der erreicht werden kann, und dieses wiederum erlaubt eine größere Geschwindigkeit der Partikel zwischen den Elektroden.

US-Patent Nr. 4,274,947 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sortierung fluidisierten Partikelmaterials unter Verwendung elektrostatischer Kräfte.

Entsprechend der Zusammenfassung in dem Patent wird eine mehrbestandteilige Mischung von Partikeln innerhalb eines horizontal verlängerten Behälters mit einer gasdurchlässigen Basis fluidisiert, eine Potentialdifferenz wird zwischen einer Horizontalelektrode, die sich oberhalb der Fließbettoberfläche und der Basis des Fließbetts (bei einer Entfernung von ungefähr 100 mm) befindet, erzeugt, und entgegengesetzte horizontale Bewegungen werden in den oberen und unteren Lagen des fluidisierten Materials durch mechanische und Schwerkraftvorrichtungen induziert.

Ein Problem, das mit dem Verfahren in US-Patent 4,274,947 auftritt, ist, daß eine vertikale Strömung von Gas verwendet wird, um die Partikel zu fluidisieren, die sich in einem horizontalen Fließbett befinden. Dieser Strom von Partikeln verursacht eine Ausschwemmung von Partikeln unterhalb einer gewissen Größe aus dem Lager und deren Verlust. Ein weiteres Problem ist die Notwendigkeit zur Verwendung einer Elektrode mit einer' gitterähnlichen Struktur, um die Strömung des Gases zu ermöglichen, wobei solch ein Gitter sehr anfällig für die Bildung einer ungünstigen Korona ist, obwohl scharfe Ecken und Kanten vermieden werden.

Ein weiterer Nachteil des früheren Standes der Technik ist, daß die Dichte oder das Gewicht der Partikel einen großen Effekt auf die Trennung einer großen Menge von Partikeln hat, und dies kann zu einer unerwünschten Trennung nach Partikelgröße oder Gewicht führen. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Trennung, die bei totalem Rückfluß erzielt wird, nur unwesentlich um einen Faktor von ungefähr 2 1/2 verbessert wird, im Vergleich zu der Trennung über die Dichte, wenn kein elektrisches Feld anwesend ist. Dieser Grad von Verbesserung tritt dann auf, wenn die Trennungseffekte durch das elektrische Feld und durch die Dichte in die gleiche Richtung weisen und sich summieren. Wenn die Trennung durch das elektrische Feld derjenigen durch Dichteunterschiede entgegengerichtet ist, ist die Trennung, die durch das elektrische Feld induziert wird, nicht ausreichend, um die Trennung, die durch die Schwerkraft induziert ist, auszugleichen.

Ein weiteres Problem, das mit dem Fließbett und mit dem fluidisierenden Gas auftritt, ist, daß die Gasblasen eine gute Vermischung fördern durch Verdrängung von festem Material, da diese vertikal aufsteigen und feste Bestandteile im turbulenten Wirbel der Blasen mitgeführt werden, wenn diese aufsteigen. Dieses Vermischen ist außerordentlich nachteilig für die erwünschte Trennung, weil sie Partikel vermischt, die getrennt worden sind.

Ein weiterer Nachteil des Verfahrens von US-Patent 4,274,947 ist es, daß die verwendete Elektrode zum Aufbau des elektrischen Feldes mit aufgeladenem Partikelmaterial in einem solchen Ausmaß überzogen wird, daß die Ausschaltung des elektrostatischen Feldes empfehlenswert ist.

Ein weiterer Nachteil ist die Verwendung eines fluidisierenden Gases, das gefiltert, komprimiert, getrocknet und dann in das Fließbett eingebracht werden muß. Dann muß das Gas zusammen mit den feinen Partikeln gesammelt werden und die feinen Partikel müssen entfernt werden und entweder ins Fließbett zurückgegeben oder verworfen werden, oder ungetrennt entweder dem Produkt oder dem Abfall zugemischt werden, wobei sie das eine oder das andere kontaminieren.

Ein weiterer Nachteil des Fließbetts ist seine Abhängigkeit von der Schwerkraft. Dieses ist weniger geeignet bei einem verminderten Schwerkraftfeld, wie dem Mondfeld, weil die kleineren Partikel geringere Endgeschwindigkeiten haben und leichter aus dem Fließbett ausgewaschen werden. Es ist vollständig ungeeignet zum Gebrauch in einer Mikrogravitationsumgebung, weil, wie im Patent beschrieben, der obere Anteil des Fließbetts durch Schwerkraft bewegt wird. Darüberhinaus ist das Fließbett horizontal, lang und flach und seine Ausrichtung kann nicht für einen effektiveren Gebrauch der verfügbaren Grundfläche in einem Apparategehäuse verändert werden.

Die elektrostatische Trennung im Fließbett entsprechend dem früheren Stand der Technik, wie sie oben beschrieben wurde, hat ihren optimalen Wirkbereich bei einer angelegten Spannung von 17 KV. Der Elektrodenzwischenraum bei diesem früheren Stand der Technik ist 100 mm, so daß dies einem E-Feld von 17/100 = 0,17 KV/mm entspricht. Die vorliegende Erfindung hat ihren optimalen Wirkbereich bei einer Spannung, die so hoch ist, daß sie noch ohne exzessive Funkenbildung aufrecht erhalten werden kann, oder ungefähr 5 KV bei einem Elektrodenzwischeraum von 0,090'' oder 2,3 mm, entsprechend einem E-Feld von 2,2 KV/mm oder ungefähr 10 mal höher als die des früheren Standes der Technik. Das höhere E-Feld führt zu einer entsprechenden Zunahme der Kraft, die auf das Partikel einwirkt, und kann zu einer 10- fachen Zunahme der Partikelgeschwindigkeit führen (im Bereich der Gültigkeit des Stoke'schen Gesetzes). Die verminderte Größe des Zwischenraumes führt zu einer ungefähr 40-fachen Verringerung der Distanz, die ein Partikel von einer Elektrode zur anderen durchwandern muß.

Es wurde in Systemen der vorliegenden Erfindung beobachtet, daß der Raumladungswert ein nützlicher Ladungswert bei Verwendung für den Vergleich von verschiedenen Systemen ist, der benötigt wird, um das angelegte Feld vollständig zu neutralisieren. Dies ergibt einen konstanten Wert für ein gegebenes E-Feld. Die Ladung pro Masseneinheit, oder für Identische Partikel pro Partikel, ist nützlicher. Diese wird erhalten durch die Teilung der Ladung für eine Elektrodenflächeneinheit durch die Dichte mal dem Volumen innerhalb der oder zwischen den Elektrodenflächeneinheiten. Diese ist umgekehrt proportional dem Elektrodenzwischenraum. Es kann gezeigt werden, daß für Kohle eine räumliche Ladung pro Partikel in der vorliegenden Erfindung ungefähr 500 mal größer als in dem Fließbettverfahren des früheren Standes der Technik ist.

Ein Fließbett ist am stabilsten innerhalb eines Bereiches von Partikelgrößen. Kleinere Partikel von weniger als ungefähr 0,02 mm (weniger als ungefähr 20 Mikron) bilden Agglomerate oder Spalten im Fließbett. Eine typische Dichte eines Fließbetts von festen Partikeln pulverisierter Kohle ist ungefähr 480,63 kg/m³ bis 800,94 kg/m³ (30 bis 50 lbs/cu ft.), und die Dichte ist ein wichtiger Faktor bei der Verwendung von Fließbetten. In der vorliegenden Erfindung werden die Partikel mit dem umgebenden Gas vermischt durch mechanische Vorrichtungen zur Verwirbelung der Partikel in der Trennvorrichtung, und die Dichte des Partikelgemisches spielt dabei keine Rolle. Die Partikelbewegungen sind im wesentlichen von der Schwerkraft unabhängig. Zusätzlich trägt die Verwendung von mechanischen Transportvorrichtungen entsprechend der vorliegenden Erfindung zur Reinhaltung der Elektroden bei.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung der Schwarmdichte von fluidisierter Kohle begrenzt, um die Trennung von verschiedenen Arten zu erreichen. Die vorliegende Erfindung benützt ein mechanisches Transportsystem, das bei jeder Schwarmdichte und nicht notwendigerweise im Bereich der Schwarmdichte eines Fließbetts funktioniert. Bei geringerer Dichte nimmt die Ladung pro Masseneinheit zu und die effektive Viskosität der Flüssigkeit nimmt ab, so daß die Kraft, die zum Hindurchtransport eines Partikels bei einer gegebenen Geschwindigkeit erforderlich ist, reduziert ist.

Von US-A-1,872,591 ist ein Apparat zur Trennung von verschiedenen Arten von Materialbestandteilen einer Mischung von Partikeln bekannt, der Elektrodenvorrichtungen enthält, wie sie in dem vorbeschreibenden Teil von Anspruch 1 definiert sind. Ebenso von US-A-1,872,591 ist ein Verfahren der Trennung von verschiedenen Arten von Materialbestandteilen einer Mischung von Partikeln bekannt, wie definiert in dem vorbeschreibenden Teil von Anspruch 17. US-A-1,872,591 bezieht sich speziell auf ein Verfahren zur Trennung von Materialien, die verschiedene elektrische Eigenschaften haben, wobei das Verfahren aus einer Zerkleinerung des Materials zu einem Pulver besteht, wobei die pulverisierte Mixtur heftiger Bewegung ausgesetzt wird, wodurch die Partikel ionisiert, die Partikel eines Materials positiv geladen und die Partikel des anderen Materials negativ geladen werden. Das Material wird in Luft für kurze Zeit suspendiert und dem Einfluß eines elektrostatischen Feldes eines gegebenen Potentials ausgesetzt, wodurch die Partikel einer Kraft unterzogen werden, die dazu neigt, die positiv geladenen Partikel von den negativ geladenen Partikeln zu trennen.

Aus US-A-3,493,109 ist eine elektrostatische Trennvorrichtung von verschiedenen Arten von Erzen bekannt, wobei die Ladung von Erzpartikeln durch Triboelektrizität stattfindet. Ein Gang ist mit dem Einlaß eines Zyklons verbunden, und die Erzpartikel in einer Flüssigkeitssuspension werden durch den Gang zugeführt. Reibungskontakt zwischen den Erzpartikeln und den Wänden des Zyklons lädt die Partikel der verschiedenen Arten mit entgegengesetzter Polarität auf. Eine Kammer steht in Verbindung mit einem unteren Auslaß des Zyklons und besitzt darin zwei Elektroden, die mit den Elektrizitätsquellen verschiedener Polarität verbunden sind, um ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden zu erzeugen. Die aufgeladenen Erzpartikel werden entsprechend ihrer jeweiligen Ladungen getrennt und gesammelt.

Aus DE-C-849,981 ist ein Verfahren zur elektrostatischen Trennung von Pulvermischungen bekannt,, die zwei oder mehr Substanzen verschiedener Qualitäten beinhalten, insbesondere feine Pulversubstanzen oder Staub, der während metallurgische Prozesse in einem Suspensionszustand in einem Gas produziert wird. Die elektrische Aufladung der Staubpartikel, die die Substanzen zur Trennung vorbereitet und die entsprechend dem Typ der Substanz variiert, wird in konventioneller Weise durchgeführt, während sich die Substanz in einem Suspensionsstatus befindet, der durch die Quelle der Staubpartikel bestimmt ist.

Aus US-A-2,889,042 ist ein Verfahren zur Konzentration von granulierten Mischungen von chemisch unterschiedlichen Materialien bekannt, das darin besteht, das granulierte Material dazu zu bringen, verschiedene elektrische Ladungen anzunehmen. Das geladene Material wird dann auf ein kontinuierliches, nichtleitendes, bewegliches Trageteil gebracht, das das aufgeladene Material in ein elektrostatisches Feld bringt. Ein zweites, nichtleitendes Teil wird in transversaler Richtung zum Trageteil, das sich angrenzend und über dem beweglichen Trageteil befindet, bewegt, wodurch das elektrostatische Feld bewirkt, daß eine Komponente aus einer Mischung zum zweiten Nichtleiter gebracht wird. Die Materialien werden dann von jedem kontinuierlichen Teil gesammelt.

Aus US-A-3,022,889 ist ebenfalls ein Verfahren zur Trennung von Mischungen von normalerweise flüssigen Materialien bekannt, das die Verringerung der Temperatur der Mixtur beinhaltet, bis die flüssigen Materialien kristallisieren, wobei die Kristalle dazu gebracht werden, verschiedene elektrische Ladungen anzunehmen, während sie sich auf einer Temperatur befinden, die unter dem Schmelzpunkt der Kristalle liegt. Die Kristalle werden dann in ein elektrostatisches Feld gebracht, um, während sie sich auf einer Temperatur unter ihrem Schmelzpunkt befinden, zumindest eine Fraktion aus einer Komponente der Mixtur, die reich an Kristallen ist, abzuteilen.

Messungen der Schwarmdichte von Kohle innerhalb eines Apparats entsprechend der vorliegenden Erfindung sind schwierig und können nicht direkt durchgeführt werden, weil die Maschine während des Gebrauchs verschlossen ist und die Dichte sich kontinuierlich verändern kann, jedoch haben einige Materialbilanzberechnungen darauf hingewiesen, daß die Dichte sich kontinuierlich vom Eingang zum Ausgang auf jeder Seite verändert und während eines typischen Durchgangs ungefähr 208,36 kg/m³ (13 lb/ft³) an der Eingangsseite beträgt und auf ungefähr 20,836 kg/m³ (1,3 lb/ft³) an der Ausgangsseite abfällt. Ein typischer Wert in einem Fließbett ist 640,61 kg/m³ (40 lb/ft³), womit die Schwarmdichte um einen Faktor von ungefähr 3 bis 30 in der vorliegenden Erfindung reduziert wird und eine entsprechende Zunahme in der Raumladung pro Partikel auftritt, sowie eine entsprechende Abnahme des Widerstandes entgegen der Partikelbewegung gleichzeitig erreicht wird. Ein mittlerer Dichtereduktionsfaktor von 15 ist zum Vergleich angemessen.

Es kann gezeigt werden, daß mit diesem Reduktionsfaktor die Ladung pro Partikel mit dieser vorliegenden Erfindung ungefähr 8000 mal größer sein kann als mit dem Fließbettverfahren des früheren Standes der Technik. Die Summation der Effekte der Verringerung der Distanz, die durchlaufen werden muß, und die größere Ladung pro Partikel können in einer enormen Verbesserung in der Trennungsrate münden. Diese enorme Verbesserung in der Trennungsrate kann auf verschiedenen Arten bei der vorliegenden Erfindung angewendet werden:

a) Kleinere Partikel können getrennt werden. Es kann gezeigt werden, daß die charakteristische Trennungszeit Invers proportional zum Partikelradius beispielsweise in der vierten Potenz ist. Somit kann die Trennung eines 10-Mikron- Partikels 10&sup4; mal schwieriger als für ein 100-Mikron- Partikel sein. Die vorliegende Erfindung wurde zur Trennung (-) von 400-Maschen-Kohle (kleiner 37 Mikron) verwendet. Die Partikelgröße spielt dabei eine Rolle und die gröberen Partikel trennen sich tatsächlich leichter, jedoch ist mit der vorliegenden Erfindung Lehm aus pulverisierter Kohle entfernt worden, womit demonstriert wurde, daß eine effektive Trennung sogar bei Partikeldurchmessern von ein paar Mikron erreicht werden kann.

b) Eine Trennung kann mit schwer trennbaren Materialen durchgeführt werden. Die enorme Abnahme der Zeit, die zur Durchführung der Trennung erforderlich ist, erlaubt die Verwendung einer viel höheren Geschwindigkeit, um die Partikelzirkulation zu erzeugen. Zusätzlich zum verbesserten Kontakt zwischen den Partikeln bei höheren Zusammenstoßgeschwindigkeiten erlaubt die schnellere mechanische Trennung von Partikeln nach dem Zusammenstoß eine kürzere Zeitspanne, in der die Ladung von einem Partikel zum anderen zurückfließen kann.

Die Erfindung stellt einen Trennvorgang und einen Apparat zur Verfügung, in dem die Funktionen von verschiedenen Teilen und Schritten parallel existieren können, im wesentlichen in einem Kontinuum. Es gibt in einer Ausführungsform anfänglich einen Abschnitt, der frei von äußeren elektrischen Feldern ist, in dem die Partikeloberflächen in engen Kontakt gebracht werden können, so daß unähnliche Partikel verschiedene Ladungen annehmen können. Es gibt ebenso einen Abschnitt, in dem ein äußeres elektrisches Feld angelegt ist, so daß Partikel mit Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens in Richtung des Feldes zu verschiedenen Stellen getrieben werden. Ein System, um die Partikel quer zum Feld vom Aufladungsbereich zum Trennungsbereich zu transportieren und dann im wesentlichen kontinuierlich die getrennten Partikelarten zu einem anderen Ladungsbereich zu bewegen, wo der Zyklus wieder und wieder wiederholt werden kann, arbeitet in der Weise, daß die jeweiligen Konzentrationen der getrennten Arten ansteigen.

Allgemein können entsprechend der Erfindung die Funktionen von Aufladung, Trennung und Transport im wesentlichen im gleichen Raum stattfinden. Das konzentrierte Produkt und der Ausschuß oder die Ausschußprodukte werden aus der Trennvorrichtung auf einer fortlaufenden Basis entfernt. Der Transport von getrennten Arten, z. B. Kohle und Produkt und Ausschuß, geschieht im wesentlichen ohne Rückvermischung. Der Transport von getrennten Arten kann im Gleich- oder Gegenstrom erfolgen.

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Trennung bereitzustellen, das kein Gas zur Fluidisierung von Partikeln verwendet, um die Partikelgrößenbegrenzungen, die durch das Mitreißen des Partikels auftreten, zu vermeiden, das nicht die Komplexität und den Aufwand einer Gashandhabungsvorrichtung hat, und das nicht Gasblasen beinhaltet, die zur Vermischung innerhalb der Trennvorrichtung führen.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, daß die elektrischen Feldelektroden nicht eingehüllt werden mit schädlichen Partikelschichten während des Betriebes.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, daß die Trennung sehr schnell und mit einem Minimum von Verzögerung innerhalb des Systems durchgeführt werden kann.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, daß die Trennung nicht extrem empfindlich bezüglich Temperatur, Feuchtigkeit oder des Materials ist, aus dem der Apparat konstruiert ist.

Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, die Trennung von Mischungen leitender Partikel sowie von Mischungen nicht leitender Partikeln mit leitenden Partikeln und Mischungen nicht leitender Partikel zu erlauben.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Trennvorrichtung bereitzustellen, die im wesentlichen ganz abgeschlossen ist und im wesentlichen staubfrei arbeitet.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung werden die obengenannten Probleme durch den Apparat zur Trennung von verschiedenen Arten von Materialbestandteilen eines Gemisches von Partikeln nach Anspruch 1 gelöst.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Erfindung werden die oben erwähnten Probleme durch das Verfahren der Trennung von verschiedenen Arten von Materialbestandteilen in einer Mischung von Partikeln nach Anspruch 18 gelöst.

Die begleitenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Partikeltrennvorrichtung, die ein Endlosband bildet, um Partikel in zwei Strömen in entgegengesetzter Richtung zu transportieren;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils aus Fig. 1, die einen "Raumaufladungs"-Prozeß einer Trennung von Partikeln entsprechend ihren jeweiligen Ladungen darstellt;

Fig. 3 einen vergrößerter Ausschnitt aus einem Teil von Fig. 1 mit der Darstellung einer Vorrichtung, um eine räumlich getrennte Folge von alternierenden Partikelaufladezonen und elektiven partikeltrennenden Feldern zur Verfügung zu stellen;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines anderen kontinuierlichen Bandsystems;

Fig. 5 eine Anzahl von elektrischen und mechanischen Konfigurationen, in denen die Endlosbandsysteme entsprechend Fig. 1 oder Fig. 4 betrieben werden können;

Fig. 6 einen Teil eines Gitterbandes in Originalgröße;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht durch eine Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die eine rotierende Scheibe verwendet;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht durch eine Darstellung eines mehrstufigen Separators, entwickelt aus der Ausführungsform von Fig. 7;

Fig. 9 eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie 10-10 aus Fig. 9;

Fig. 11 schematisch eine Gegenstromkaskade von Trenneinheiten entsprechend der Fig. 7

Fig. 12 schematisch eine Anordnung von zwei mehrstufigen Apparaten entsprechend Fig. 8, zu einem System gekoppelt; und

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines anderen Endlosbandsystems entsprechend der Erfindung.

In der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 1 bis 3 wird ein elektrisches Feld in einem schmalen Zwischenraum 15 (ungefähr 10 mm) zwischen zwei ausgedehnten, im wesentlichen nicht durchlöcherten Elektroden 10 und 12 aufgebaut. Eine perforiertes Blatt 14 zwischen den Elektroden, hergestellt aus oder überzogen mit einem dielektrischen Material, hat eine Serie von Öffnungen, die sich zwischen den Elektroden erstrecken. Ein Endlosband 18, vorzugsweise ein offenes Netz aus dielektrischem oder dielektrisch überzogenem, siebähnlichem Material (dargestellt durch gestrichelte Linien) ist auf zwei Walzen 20 bzw. 22 gelagert, jeweils eine am Ende des Gerätes, mit entsprechenden verlängerten Abschnitten 18A und 18B, die sich in den Räumen zwischen dem darin befindlichen Blatt 14 und den entsprechenden Elektroden 10 und 12 befinden. Zwei Spannwalzen 20A bzw. 22A halten die verlängerten Abschnitte 18A und 18B zwischen den Elektroden gespannt. Wenn z. B. die Stützwalzen 20 und 22 im Uhrzeigersinn um ihre Achsen 21 und 23 gedreht werden, wie dargestellt in Fig. 1, bewegen sich die zwischen den Elektroden befindlichen Abschnitte 18A und 18B des Bandes in relativ zueinander entgegengesetzten Richtungen, 18A nach rechts und 18B nach links, wie durch die Pfeile 19A und 19B jeweils in Fig. 3 dargestellt.

Während des Gebrauchs ist die Vorrichtung aus Fig. l bis 3 vorzugsweise so ausgerichtet, daß die ausgedehnten Abschnitte 18A und 18B zwischen den Elektroden und das Endlosband 18 sich in vertikalen Ebenen befinden. Dies kann durch Ausrichtung der Stützwalzenachsen in vertikaler Richtung Seite an Seite mit den zwischen den Elektroden befindlichen Abschnitten 18A und 18B erreicht werden, die sich horizontal zwischen den Walzen erstrecken, oder alternativ durch Ausrichtung der Stützwalzenachsen in horizontaler Richtung, eine über der anderen, wobei die zwischen den Elektroden befindlichen Bandabschnitte sich vertikal zwischen ihnen erstrecken. Jede dieser bevorzugten Anordnungen räumt die Möglichkeit aus, daß die Schwerkraft das Partikelmaterial, welches sich unter den Einfluß der Elektroden befindet, durch die Öffnungen 16 in dem dazwischen befindlichen Blatt 14 transportiert. Das Partikelmaterial, das behandelt wird (z. B. pulverisierte Kohle), wird in die Vorrichtung eingebracht über eine schlitzförmige Öffnung 11 in einer der Elektroden 10. Die getrennten Produkte (z. B. Kohle bzw. Abfall) werden aus der Vorrichtung an den Endstücken 26 und 28 entnommen.

Das elektrische Feld im Zwischenraum 15 erscheint zwischen den Elektroden 10 und 12, wo die Dielektrizität des dazwischen befindlichen Blattes 14 nicht wirksam ist, d. h. dort, wo die Öffnungen 16 sich befinden. In den Abschnitten, wo sich ein Dielektrikum zwischen den Elektroden befindet, transportieren die geladenen Partikel des Partikelmaterials, das gerade behandelt wird, und Ione, die sich innerhalb des Zwischenraumes befinden, Ladung von einer Elektrode zur Oberfläche des Dielektrikums, das sich gegenüber der Elektrode befindet, bis das Potential an dieser Oberfläche des Dielektrikums das gleiche ist wie das Potential an der gegenüberliegenden Elektrode, wonach keine elektrische Triebkraft, die geladene Partikel in dem Feld bewegen kann, mehr existiert. Die Feldspannung erscheint dann im wesentlichen vollständig durch das dazwischenliegende Blatt 14 hindurch. In dieser Weise produziert das perforierte oder mit Öffnungen versehene, dazwischenliegende Blatt eine Serie von alternierenden Abschnitten in dem Zwischenraum 15, die ein elektrisches Feld haben, vermischt mit Abschnitten die kein elektrisches Feld haben. Die Partikelaufladung geschieht am letzten und die Partikeltrennung am ersten Ort.

Unter spezieller Bezugnahme der Fig. 2 befindet sich eine Öffnung 29 in einer der Elektroden 10, durch die geladene Partikel einer Art von Partikeln aus dem System entfernt werden können. Angenommen, daß die Elektroden 10 und 12 relativ (-) bzw. (+) sind, trägt der Bandabschnitt 18A an der ersten Elektrode 10 positiv geladene Partikel (Produkt) und der Bandabschnitt 18B an der zweiten Elektrode 12 negativ geladene Partikel (Abfall). Die Öffnung 29 befindet sich an einer nicht-perforierten Stelle des dazwischenliegenden Blattes 14. Raumladungseffekte, die auf die (+) und (-) Ladungen auf dem Produkt bzw. dem Abfall zurückgeführt werden können, sind wesentlich und besitzen Effekte, die bei dieser Anordnung dazu verwendet werden können, um die Effektivität der Partikeltrennung zu verstärken.

Die dielektrische, wirksam dazwischenliegende Blatt 14 sammelt Ladungen (negative gegenüber der negativen Elektrode 10 und positive gegenüber der positiven Elektrode 12), bis keine Antriebskraft mehr existiert, die die Ladungen an deren Oberflächen transportieren kann; somit muß das E-Feld an den dielektrischen Oberflächen des dazwischen befindlichen Blattes 14 in idealer Weise "0" sein. Das lokale Feld zwischen jeder dieser Oberflächen und den entsprechenden gegenüberliegenden Elektroden wird dann durch die Raumladung bestimmt und nimmt mit zunehmendem Abstand von der dielektrischen Oberfläche zu. Die eingekreisten (+)- und (-)-Zeichen, die wie gezeigt an die dielektrischen Oberflächen des Blattes 14 angrenzen, repräsentieren Raumladungen. Wenn sich eine Öffnung in der Elektrode gegenüber einer der dielektrischen Oberflächen des dazwischenliegenden Blattes 14 befindet, werden die geladenen Partikel, die an die Öffnung durch einen Abschnitt des Bandes 18A oder 18B , das sich zwischen dieser Oberfläche und der Öffnung bewegt, gebracht wurden, durch die Öffnung hindurch aufgrund des relevanten lokalen Feldes bewegt. In der Darstellung der Fig. 2 sind positiv-geladene Partikel gezeigt, die durch die Öffnung 29 das System verlassen unter der treibenden Kraft des lokalen Raumladungsfeldes zwischen der negativ-geladenen Elektrode 10 und der gegenüberliegenden (dielektrischen) Oberfläche des dazwischen befindlichen Blattes 14.

Öffnungen zur Entfernung von getrennten Partikeln können sich an beiden Elektroden befinden, an den nichtperforierten Abschnitten des dazwischen befindlichen, gelöcherten Blattes 14. Jedoch sind die Elektroden 10 und 12 an der Stelle nicht gelöchert, wo die Öffnungen 16 durch das Blatt 14 dazwischen befindlich sind.

Wenn der Zwischenraum 15 zwischen den Elektroden gering ist, können die zwischen den Elektroden befindlichen Abschnitte 18A und 18B des Bandes an den gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden reiben. Diese Reibung reinigt die Elektroden kontinuierlich, wodurch ein selbstreinigendes Merkmal der Erfindung gewonnen wird.

Die Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 4 dargestellt ist, zeigt die Aufladungs- und Trennungsvorrichtung in vorzugsweise vertikaler Anordnung. Es sind ebenso Zusatzteile eines vollständigen Kohlebehandlungs- Systems gezeigt. Das mit Löchern versehene Blatt 14 ist in dieser Ausführungsform der Vorrichtung nicht enthalten, die, anstatt der abwechselnden Ladungs- und Trennungsschritte, die in der Ausführungsform der Vorrichtung aus den Fig. 1 bis 3 durchgeführt werden, auf einer im wesentlichen kontinuierlichen Kontaktaufladung und elektrostatischen Partikeltrennung beruht. Die Teile der Vorrichtung, die in den Fig. 1 und 4 gleich sind, sind mit den gleichen Referenzsymbolen gekennzeichnet.

Das elektrostatische Feld wird zwischen einzelnen, in entsprechender Weise hintereinander angeordneten Modulen der Platten 10.1, 12.1 10.2, 12.2 10.3, 12.3 und 10.4, 12.4, jeweils bezeichnet als die Module #1, #2, #3 und #4 in der Zeichnung aufgebaut.

Feldmodule sind entlang der Vorrichtung räumlich getrennt angeordnet und ein Vorrat an Partikeln, die getrennt werden müssen, kann in einen jeden Raum zwischen den daran befindlichen Elektroden eingebracht werden, wie in den Raum 31 zwischen den Elektroden 10.3 und 10.4. Jedes Modul besitzt seine eigene Energieversorgung, wobei nur 33 schematisch dargestellt ist in Verbindung mit den Elektroden 10.4 und 12.4 des Moduls #4. Das Produkt wird vom unteren Ende 28 zu einer Zyklontrennstation 35 gebracht, die die Produktgruppen P-1 und P-2 erzeugen. Der Abfall wird vom oberen Ende 26 zu einer Zyklontrennstation 37 gebracht, die die Ausschußgruppen R-1 und R-2 produziert. Wenn es erwünscht ist, kann ein Rückfluß an Ausschuß wiederum in die Vorrichtung in einem Raum wie dem Raum 30 zwischen den Elektroden 12.1 und 12.2 zwischen den Modulen #1 und #2 eingespeist werden. In dieser Ausführungsform befinden sich die in entgegengesetzter Richtung sich bewegenden Bandoberflächen 18A und 18B in räumlicher Nähe zueinander und produzieren einen großen Geschwindigkeitsgradienten zwischen den gegensätzlich polarisierten Feldelektroden, was wiederum einen hohen Scher-Gradienten im umgebenden Gas erzeugt, was einen kräftigen Partikel-zu-Partikel-Kontakt begünstigt und die Partikelaufladung zwischen den Elektroden verstärkt.

Das Band 18 ist das einzige bewegliche Teil im Bandtrennapparat der Fig. 1 und 4. Dieses Band hat mehrere Funktionen, die in beiden Ausführungsformen des Apparates gemeinsam sind. Die erste ist diejenige der Bewegung von Partikeln entlang der Oberfläche einer jeden Elektrode 10 und 12. Die zweite Funktion ist diejenige der Reinhaltung der Elektroden durch Abkehren und Abstreifen der Oberflächen. In beiden Ausführungsformen muß es das Band erlauben, daß Partikel von einem Strom zum anderen unter dem Einfluß des elektrischen Feldes transportiert werden, so daß es somit nur in minimaler Weise mit den Partikelbahnen in Wechselwirkung treten darf, die durch die Öffnungen 16 gehen, wenn das durchlöcherte Blatt 14 hinzukommt. Entsprechend der Erfindung hat das Band 18 eine im wesentlichen offene Fläche, die aus einem offenen, gewebten Material, einem löchrigen Material, einem offenem Strickmaterial oder ähnlichem hergestellt sein kann. Das Bandmaterial sollte das elektrische Feld zwischen den Elektroden nicht negativ beeinflussen, und somit sollte ein Material, das im wesentlichen nicht-leitend ist, um die Elektroden nicht kurzzuschließen, gewählt werden. Für eine Bestleistung sollte das Band so dünn als möglich sein, um die räumliche Lücke zwischen den Elektroden so gering wie möglich zu halten. Für Langlebigkeit sollte das Bandmaterial abriebresistent sein und große Stärke besitzen, einen niedrigen Reibungskoeffizient haben, gegenüber Temperatur- und Feuchtigkeitseigenschaften in der Maschine resistent sein und eine Struktur haben, die die Herstellung von saumlosen Bändern erlaubt.

Beispiele für Materialien, die getestet wurden und als zweckmäßig für die Erfindung gefunden wurden, beinhalten ein 4·4-Linogewebe aus Kevlar (Warenzeichen) Fasern, überzogen mit Teflon (Warenzeichen), von dem ein Ausschnitt In Originalgröße in Fig. 6 dargestellt ist. Dieses Material widersteht hohen Temperaturen, ist physikalisch widerstandsfähig und resistent gegenüber chemischer Abnutzung. Ein weiteres Material (nicht dargestellt) ist ein monofilamentes Polyethylen in etwa 7·11-Lenogewebe. Dieses letztere Material, obwohl nicht so stark wie "Kevlar/Teflon"-Material, ist mehr abriebresistent, leichter zu Bändern zu verarbeiten und billiger. Ein ideales Material sollte Eigenschaften haben, die in einer Polyethylenfaser von ultrahohem Molekulargewicht gefunden wurden, welche sehr hohe Stärke besitzt, sehr gute Abriebresistenz und einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Die Größe der Öffnungen und die hier erwähnten Materialien sind nur illustrativ. Es wird In Betracht gezogen, daß andere Materialien und Öffnungsgrößen ebenfalls geeignet sind, und manche können dabei bessere Resultate ergeben, als bisher erzielt wurden. Somit können kleinere Öffnungen bessere Trennresultate in manchen Fällen ergeben. Die dielektrischen Eigenschaften vom Bandmaterial stehen in Verbindung mit der Feldstärke, die verwendet werden kann und sollten mit anderen Einschränkungen so gewählt werden, daß hohe Feldstärken zwischen den Elektroden erlaubt sind.

Eine maßstäbliche Vergrößerung der Bandtrennvorrichtung, wie sie in den Fig. 1 und 4 gezeigt wird, kann durch die Vergrößerung der Breite des Bandes 18 geschehen. Für maximale Effektivität sollte das Band mit Zuführungsmaterial gleichmäßig über seine gesamte Breite beladen werden. Eine zweckmäßige Art dafür ist ein Fließbettverteiler, schematisch dargestellt bei 42 in Fig. 4. Die Funktion dieses Verteilers ist es, das pulverisierte Material zu fluidisieren, so daß dieses sich wie eine Flüssigkeit verhält und so fließt, daß es eine horizontale Oberfläche zu bilden und gleichförmig eine Niveaubarriere zu überfließen (nicht dargestellt) vermag, um einen gleichförmigen Materialfluß über die Breite des Bandes zu erzeugen. Das Fließbett durchsetzt ebenso das Zuführungsmaterial mit Luft und zerkleinert Materialklumpen, so daß der Betrieb der Trennvorrichtung regelmäßiger und gleichförmiger ist. Eine weitere Funktion des Fließbetts ist es, derbes Material hoher Dichte zurückzuhalten, wie Metallstücke, die sonst unbeabsichtigt mit dem Zuführungsmaterial vermischt werden.

Die Bandtrennvorrichtung entsprechend der Erfindung kann in einer der vier elektrischen und mechanischen Anordnungen, die in den Fig. 5, bei 5.1 bis 5.4 dargestellt sind, verwendet werden. Die Veränderungen dabei sind die Bandrichtung und die Elektrodenpolarität. Die Großbuchstaben "P" und "A" repräsentieren Produkt bzw. Abfall. Elektrodenpolaritäten sind durch (+)- und (-)-Symbole gekennzeichnet, wobei jede eingekreist ist. Ein Pfeil 19B zeigt die Richtung der Bandbewegung. Zwei Zuführstellen, (a) und (b), beide eingekreist, sind in jeder Anordnung gezeigt. In einer Ausführungsform entsprechend der Fig. 4, die 487,7 cm (16 Fuß) hoch ist, bestehend aus vier 76,2 cm (30'') langen Elektrodenmodulen, in denen die geraden Abschnitte 18A und 18B des Bandes zwischen den Elektroden jeweils 304,8 cm (10 Fuß) lang sind, liegt die Zuführungsstelle (a) ungefähr 81,28 cm (32 inches) über dem unteren Rand des Bodenmoduls #4; und die Zuführungsstelle (b) befindet sich ungefähr 157,5 cm (62 inches) über der gleichen Stelle. In einem Test dieser Ausführungsform unter Verwendung von pulversierter Kohlezuführung und verarbeitet in den dargestellten vier Anordnungen wurden die folgenden vorläufigen Schlußfolgerungen gezogen:

1. Die besten Resultate werden erreicht, wenn die zugeführte Kohle nicht durch das Band durchläuft (d. h., die negative Elektrode befindet sich auf der Zuführungsseite)

2. Die besten Resultate werden erreicht, wenn der Abfall zur Oberseite der Vorrichtung transportiert wird.

3. Die Zuführungsstellen (a) oder (b) beeinflußten nicht wesentlich die Leistung der Vorrichtung.

Die Anordnung 5.1 ergab die besten Schwefel- und Ascheverringerungen mit nahezu höchstem Anteil an zugeführtem Material, das das Produkt stellte.

Diese Schlußfolgerungen und Ergebnisse müssen sich nicht notwendigerweise auf andere Kohlen beziehen oder auf andere Materialien oder auf die Rückführung des Produktes oder des Abfalls.

Die Vorrichtung aus Fig. 4 vollführt einen kontinuierlichen Gegenstromtrennprozeß, der die Partikel voneinander in Abhängigkeit von ihrer Oberflächenladung trennt. Die Fig. 7 stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, die in einem Gleichstromtrennprozeß arbeitet, der eine rotierende, gelöcherte Scheibe 44 und Zentrifugaleffekte verwendet, um das Zuführmaterial zu transportieren. Die Scheibe 44 befindet sich zwischen den zwei Elektroden 46 und 48, die während des Betriebes entgegengesetzt polarisiert sind, und ein Motor 50 wird verwendet, um die Scheibe auf einer Welle zu drehen. Wie in Fig. 1 besteht die Lochscheibe 44 entweder aus einem dielektrischen Material oder besitzt einen dielektrischen Überzug an ihrer Oberfläche. Das Zuführungsmaterial (z. B. pulverisierte Kohle) wird so in den Apparat eingespeist durch eine Öffnung 54 in einer der Elektroden und im wesentlichen koaxial zur Welle 52, so daß die rotierende Scheibe das Zuführungsmaterial radial nach auswärts zwischen den Elektroden transportiert. Der daraus resultierende Vorgang ist ähnlich dem, der durch die Vorrichtung aus Fig. 1 durchgeführt wird, aber in diesem Fall bewegt sich das dielektrische Lochblatt zwischen stationären Elektroden; es wird kein weiteres Teil benötigt, um das Zuführungsmaterial zwischen den Elektroden zu transportieren. Ebenso bewegen sich die beiden Ströme von geladenen Partikeln auf jeder Seite der Lochscheibe in der gleichen Richtung - d. h.:

der Prozeß ist "gleichgerichtet", dargestellt durch einen Pfeil 55.

Während des Betriebs wird das Zuführmaterial im Zentrum 54 eingespeist und wird durch einen zentralen Antrieb (Scheibe 44) aufgenommen, wo es radial nach außen gebracht wird. Sobald sich das Zuführmaterial nach außen bewegt, wird es beschleunigt und einem hohen Scher- Gradienten unterzogen (die Scheibe kann eine Geschwindigkeit von 100 Fuß/sec am äußeren Umfang haben und die Elektroden sind stationär). Dieser Scher-Gradient erzeugt starke Turbulenzen und einen Partikel-Partikel-Kontakt, der den Kontakt (z. B. "triboelektrisches" Laden) an den Partikeloberflächen bewerkstelligt. Die sich bewegende Lochscheibe 44 sorgt wechselweise dafür, daß das elektrische Feld in den Elektroden die Trennung bewirkt und schirmt dann das Feld zur Aufladung ab. Produkt (P) und Abfall (A) treten beispielsweise über den konzentrischen Durchgang 56 bzw. 58 aus.

Es hat sich herausgestellt, daß die Lochscheibentrennvorrichtung entsprechend der Fig. 7 die Eigenschaft hat, daß der Strom, der durch die Scheibe hindurchtritt, höher konzentriert ist als der Strom, der dies nicht tut. Beispielsweise ist die Trennvorrichtung in' Fig. 7 so konstruiert, daß, wenn Kohle an die Oberseite der Scheibe gebracht wird, das Material in der Minderheit (Asche) am Boden gesammelt wird. Wenn die Polarität gewechselt wird, wird das Produkt wesentlich reiner und wird am Boden gesammelt, jedoch ist der Abfall wesentlich weniger konzentriert. Für eine komplette Gegenstromkaskade kann diese Eigenschaft vorteilhaft genützt werden, um die Anzahl der Schritte zu reduzieren, die bei der Kohlezuführung zur Konzentration des Abfalls benötigt werden, um sehr hohe BTU- Ausbeuten zu erlangen. Ein Beispiel ist die 7-stufige Kaskade, dargestellt in Fig. 11, die einen Zuführungsschritt, 3-Produktrückführungsgsschritte und 3- Abfallrückführungsschritte verwendet. Diese Anordnung wird ein sehr gutes Produkt ergeben. Wenn mehr Abfallrückführungsschritte benötigt werden, können mehrere Produktschritte und mehrere Abfallschritte hinzugefügt werden. Die genaue Anzahl von Schritten wird experimentell für die spezielle Kohle, die betrachtet wird, bestimmt.

In Fig. 11 erzeugen die Separatorapparate 7A, 7B, 7C und 7D mit negativer Polarität an der Einspeisungsseite 54.1 54.2 54.3 54.4 einen Abfall, der sehr konzentriert ist. Diese Vorrichtungen werden auf der Produktseite der Kaskade verwendet, um die Aschekonzentration aus dem Produkt zu entfernen. In dieser Anordnung verbleibt das Produkt auf derselben Seite der Lochscheibe wie das Zuführungsmaterial und wird im äußersten konzentrischen Durchgang gesammelt (56 in Fig. 7). Der Abfall wird im inneren Durchgang gesammelt (58 in Fig. 7). Die Apparate 7E, 7F und 7G mit umgekehrter Polarität, d. h. positiver Polarität auf der Einspeisungsseite, werden auf der Abfallseite der Kaskade verwendet und werden dazu gebraucht, um Kohle aus dem hohen Aschestrom zu entfernen. Bei positiver Polarität auf der Einspeisungsseite wird das Abfallmaterial im äußersten Durchgang (56 in Fig. 7) und das Produkt im innersten Durchgang (58 in Fig. 7) gesammelt.

Die verschiedenen Produkte und Abfälle aus den einzelnen Maschinen werden erneut bearbeitet, um eine zusätzliche Trennung von Aschemineralien von Kohle zu erreichen. Die Ströme werden jeweils zu einem neuen Apparat zugeführt oder mit einem Zuführungsstrom kombiniert, der ähnlich in der Zusammensetzung ist. Auf diese Art verliert man nicht die Trennung durch Mischung von Strömen verschiedener Zusammensetzung. Es sollte festgehalten werden, daß das Material (entweder Produkt oder Abfall), das durch die Lochscheibe hindurchtritt, ausreichend angereichert ist, so daß es von Vorteil ist, eine dazwischenliegende Maschine zu überspringen, wenn das Material zur Produkt- oder Abfallseite der Kaskade transportiert wird. Mit dieser Anordnung können einzelne Trennvorrichtungen, die im Gleichstrom arbeiten, in einer Gegenstromkaskade angeordnet werden.

Fig. 8 zeigt eine mehrstufige Version der Lochscheibentrennvorrichtung, die aus der Ausführungsform aus Fig. 7 entwickelt wurde. Eine Lochscheibe 67 wirkt mit einer konzentrischen Gruppe von ringförmigen Elektroden 57A, 57B, 57C, 57D zusammen, um einen inneren Sammeldurchgang 58, einen äußeren Sammeldurchgang 56 und den dazwischenliegenden Sammeldurchgang 56.1, 57 und 58.1 zu beschicken. In dieser Anordnung sammelt der äußerste Sammeldurchgang 56 das Produkt und die mehr und mehr innenliegenden Sammeldurchgänge 56.1 57 und 58.1 sammeln den Abfall, wobei die Konzentration an Asche zunehmend höher wird zum zentralen Durchgang 58 hin. Fig. 12 zeigt eine Anordnung zwei solcher Maschinen 8A und 8B, die miteinander verbunden sind, um ein sehr reines Produkt und einen sehr konzentrierten Abfall zu ergeben. Eine weitere Verfeinerung (nicht dargestellt) könnte es sein, das Material an verschiedenen Zuführstellungen rückzuführen, die in verschiedenen Abständen vom Zentrum angeordnet sind, so daß die Ströme verschiedener Zusammensetzung nicht während des Betriebes vermischt werden.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Mehrstufentrennvorrichtung, die einen Stapel von dielektrischen Lochscheiben 71 bis einschließlich 78 verwendet, die parallel zueinander und räumlich getrennt voneinander entlang einer zentralen Zuführungsröhre 80 angeordnet sind. Um den Umfang der Röhrenwand herum, befindet sich eine Anordnung von Zuführungsöffnungen 82, die zwischen den beiden angrenzenden Zwischenscheiben 74 und 75 angeordnet sind. Eine Elektrode 91 befindet sich zwischen den ersten beiden angrenzenden Scheiben 71 und 72. Eine zweite Elektrode 92 befindet sich zwischen den zweiten beiden angrenzenden Scheiben 73 und 74, und so weiter für die Elektroden 93 bis 97. Die Endelektroden 90 und 98 befinden sich jeweils nahe den äußeren Oberflächen der ersten Lochscheibe 71 und der letzten Lochscheibe 78. Die Elektroden sind räumlich getrennt von der Zuführungsröhre 80 angebracht, wobei sie von dieser getrennt auf dielektrischen Abstandsstücken 140 befestigt sind, wie dies ebenfalls in Fig. 10 dargestellt ist. Zum Aufbau einer Reihe von E-Feldern über jede Lochscheibe erhalten die Elektroden zunehmende Potentiale, wie dies z. B. in der Zeichnung dargestellt ist. Somit kann die mittlere Elektrode 94 ein "0" Potential haben, die Elektroden 95 bis 98 auf einer Seite davon können zunehmend stärker negative Potentiale haben, und die Elektroden 93 bis 90 auf der anderen Seite können zunehmend stärker positive Potentiale haben. Einige der Elektroden zwischen den Lochscheiben sind mit den Öffnungen 102 ausgestattet, die es ermöglichen, daß das Material unter Bearbeitung sich zwischen den positiven Seiten und der negativen Seiten der Elektrode vor und zurück bewegen kann.

Im Betrieb wird die Zuführungsröhre 80 gedreht, wie dies durch einen Pfeil 81 dargestellt wird, und das Teilchenzuführmaterial (z. B. Kohle) wird in sie an einem Ende eingespeist. Die zugeführte Kohle verläßt die Zuführröhre über die Zuführöffnungen 82 und wird radial nach außen durch die Scheiben 71 bis 78 ausgeworfen, die auf der Zuführungsröhre rotieren. Die Elektroden 90 bis 98 sind stationär und sind wie in der Fig. gezeigt polarisiert, wobei die Spannung an jeder Elektrode verschieden ist. Die letzte Elektrode am Abfallauswurfende 90 besitzt die höchste Spannung. Die Spannung an den darauffolgenden Elektroden ist geringer, so daß sich ein im wesentlichen konstantes elektrisches Feld ergibt, sowohl im Vorzeichen als in der Größe zwischen jedem Paar von daran angrenzenden Elektroden. Dieses elektrische Feld verursacht eine Wanderung von geladenen Partikeln von Produkt und Abfall in entgegengesetzte achsialen Richtungen.

Eine andere Anordnung ist in Fig. 13 dargestellt. Die Bänder 120, 122 und 124 sind aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt und werden sowohl als Elektroden als auch als Materialtransportsystem benützt. Die Eingangsstelle für das Zuführmaterial befindet sich bei 118, zwischen den zwei kürzeren Bändern 120 und 122. Die Bänder werden bei einer hohen Spannungsdifferenz gehalten, um das benötigte Feld zwischen ihnen zu erzeugen, und ein dielektrisches Abstandsstück 126 wird dazu verwendet, um den Elektrodenzwischenraum zu erhalten. Die Bänder drehen sich wie durch die Pfeile 121, 123 bzw. 125 gezeigt, und eine verschiedene Bandgeschwindigkeit kann auf jedem Band verwendet werden, um die Trennung zu verstärken. Beim Verlassen der Trennungsregion wird beispielsweise jedes Band durch Schabeblätter 128 und 130 gereinigt, wobei Produkt bzw. Abfall erzeugt wird. Das dritte Band 122 erzeugt mit Hilfe des Schabeblattes 132 einen intermediären Rückführungsstrom, der sich mit dem Zuführmaterial vermischt und zurück in die Maschine eingespeist werden kann.

Wo technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Umfangs solcher Elemente dar, die beispielsweise durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Trennung verschiedener Gattungen von Materialbestandteilen einer Mischung eines Teilchengemisches mit einer Elektrodenvorrichtung (10, 12, 46, 48, 90- 98, 120, 122, 124); einer Vorrichtung zur Polarisierung der Elektrodenvorrichtung (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124), um bin elektrisches Feld zu erzeugen; einer Vorrichtung zum Einbringen des Gemisches in das elektrische Feld; einer mechanischen Transportvorrichtung (18, 18A, 18B, 44, 71-78, 120, 122, 124), um die Teilchen derart im Feld zu verrühren, daß intensive Zusammenstöße zwischen den Teilen und der Elektrodenvorrichtung (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124) bewirkt werden, wodurch die Teilchen triboelektrisch aufgeladen werden und die aus den Zusammenstößen resultierenden elektrischen Ladungen auf deren Oberflächen plaziert werden, um die Teilchen physikalisch zumindest in einem Strom (19A, 19B, 55) zu transportiern, der in einer Bahn verläuft, und um die Teilchen elektrostatisch durch Ablenkung der Teilchen aus dem Strom (19A, 19B, 55) in Abhängigkeit von der elektrischen Ladung, welche das Potential der entsprechenden Gattung aufnimmt, zu trennen, und um zwei Ströme (19A, 19B, 55) zu bilden, die nahe aneinander mit entgegengesetzter Nettopolarität verlaufen; und einer Vorrichtung (29, 56, 58), die die Teilchen einer Nettopolarität getrennt von Teilchen der anderen Nettopolarität akkumuliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenvorrichtung (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124) ein Paar von Elektroden (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124) aufweist, die räumlich getrennt angebracht sind und eine unterschiedliche Polarität aufweisen, um ein elektrisches Feld dazwischen aufzubauen, und dadurch, daß die Transportvorrichtung (18, 44, 71-78, 120, 122, 124) zur Verrührung der Teilchen ein gelöchertes Fördermittel (18, 44, 71- 78, 120, 122, 124) aufweist, das ein Paar von im wesentlichen parallel zueinander gegenüberliegenden Seiten bildet, die dich im wesentlichen in Ausrichtung mit den Strömen (19A, 19B, 55) bewegen, wobei das Fördermittel (18, 44, 71- 78, 120, 122, 124) Perforierungen enthält, die eine solche Größe haben, daß die Bewegung der Teilchen entgegengesetzter Nettopolarität in einer Richtung ermöglicht wird, die im wesentlichen quer zu den Seiten von einer Seite des gelöcherten Fördermittels (18, 44, 71-78, 120, 122, 124) zur anderen Seite davon verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelöcherte Fördermittel (18, 18A, 18B) ein Endlosband (18, 18A, 18B) aus gelöchertem Material aufweist, sowie eine Walzenvorrichtung (20, 22), die an beiden Enden des Raumes (15) angrenzt, um zwei Längen (18A, 18B) des Bandes 18 zwischen den Elektroden (11, 12) in den Raum zu tragen, sowie eine Vorrichtung zum Drehen der Walzen (20, 22), um die Längen (18A, 18B) des Bandes parallel zueinander in jeweils entgegengesetzter Richtung zu bewegen und um die beiden Ströme von Teilchen entgegengesetzt zur Nettopolarität in entgegengesetzte Richtungen durch den Raum (15) zu bewegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Elektroden (10,12) derart erstrecken, daß sie zwischen sich einen verlängerten Raum (15) für die Bahn bilden, und daß die mechanische Transportvorrichtung (18, 18A, 18B) eine Teilchenverrührungsvorrichtung (18, 18A, 18B) aufweist, die zwischen den Elektroden (10, 12) in der Richtung der Bahn zur Erzeugung des Stromes bewegbar ist, und die gleichzeitig die Teilchen verrührt, während diese entlang der Bahn fortschreiten, um die Oberfläche der Teilchen im wesentlichen kontinuierlich elektrisch auf zuladen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenverrührungsvorrichtung (18, 18A, 18B) ein dielektrisch wirksames Element (18, 18A, 18B) ist, das sich zwischen den Elektroden (10, 12) im wesentlichen durch den gesamten verlängerten Raum (15) erstreckt, und eine Vorrichtung (20, 22) einschließt, um das Element (18, 18A, 18B) durch den Raum (15) im wesentlichen parallel zu der Bahn zu bewegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein wirksames, dielektrisches Ladungsüberwachungselement (14) enthält, das zwischen den beiden Längen (18A, 18B) des Bandes (18) angeordnet ist, und das sich im wesentlichen durch den verlängerten Raum erstreckt, wobei das Ladungsüberwachungselement (14) eine Reihe von Öffnungen (16) enthält, die sich in der Richtung der Bahn mit nichtoffenen Abschnitten abwechseln.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (46, 48) im wesentlichen kreisförmig sind, und daß die Verrührungsvorrichtung (44) eine effektive dielektrische Scheibe (44) ist, die zwischen den Elektroden (46, 48) angebracht ist, wobei die Scheibe (44) Öffnungen enthält; eine im wesentlichen zentral angebrachte Öffnung (54) durch eine der Elektroden (46, 48), um das Teilchengemisch in den Raum zwischen die Elektroden (46, 48) einzubringen; und eine Vorrichtung (50) zur Drehung der Scheibe (44) auf einer Achse, die im wesentlichen senkrecht zu den Elektroden (46, 48) angebracht ist, um die Teilchen des Gemisches in den Raum zwischen den Elektroden (46, 48) mechanisch zu verrühren und um die Teilchen in solchen Bahnen (55), die eine radial nach auswärts gerichtete Bewegungskomponente haben, gleichzeitig zu bewegen.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Öffnung (29) durch eine der Elektroden (10) enthält, die gegenüber einem nichtoffenen Abschnitt des Ladungsüberwachungselements (14) angeordnet ist, um durch die Öffnung (29) mittels treibender Kraft des zwischen dem Abschnitt des Ladungsüberwachungselements und dem Abschnitt der die Öffnung bildenden Elektrode (10) angelegten lokalen elektrischen Nettofeldes, die im Raum zwischen den Abschnitten durch die Länge des gelochten, sich zwischen diesen Abschnitten bewegenden Förderungsmittels (18A) gebrachten, geladenen Teilchen auszustoßen.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß die Vorrichtung fit den Elektroden (10, 12, 46, 48) im wesentlichen in vertikalen Ebenen angeordnet ist, und dadurch, daß das elektrische Feld in einer im wesentlichen horizontalen Richtung verläuft.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (19A, 19B, 55) in einer im wesentlichen senkrechten Richtung verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Längen des gelochten Bandes (18A, 18B) ebenfalls im wesentlichen in vertikal verlaufenden Ebenen angeordnet sind und in vertikaler Richtung verlaufen.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, 4, 5, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (20, 22) an im wesentlichen horizontalen Walzenachsen befestigt sind, eine über und die andere unter dem verlängerten Raum (15) zwischen den Elektroden (10, 12).

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine ausgehöhlte Röhre (80) enthält, die sich frei entlang ihrer Längsachse drehen kann, wobei zumindest zwei der Teilchenverrührungsvorrichtungen (71-78) an der Außenseite der Röhre (80) axial auseinander angebracht sind; eine ringförmige Anordnung von Öffnungen (82), die sich durch die Wand der Röhre zwischen den beiden Teilchenverrührungsvorrichtungen (71-78) erstrecken; zumindest drei Elektrodenvorrichtungen (90-98), wobei eine zwischen den zwei Teilchenverrührungsvorrichtungen (71-78) angeordnet ist, eine an der entgegengesetzten Seite der Teilchenverrührungs- Vorrichtungen (71-78) angebracht ist, um zumindest zwei Räume zwischen den Elektroden bereitzustellen, wobei jeder eine Teilchenverrührungsvorrichtung (71-78) in sich enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiterhin eine Vorrichtung (140) enthält, um die Elektrodenvorrichtung (90-98) getrennt von der Röhre zu befestigen, wobei die Drehung der Röhre (80) um ihre Achse jede der Teilchenverrührungsvorrichtungenen (71-78) durch den Raum zwischen den Elektroden zwischen den Elektrodenvorrichtungen (90-98) bewegt, wobei sich die Teilchenverrührungsvorrichtungen (71-78) gegenüber stehen; eine Vorrichtung zum Einbringen des Gemisches in die Röhre (80) und, über die Anordnung von Öffnungen (82) in den Raum zwischen den Elektroden; sowie eine Vorrichtung zur Polarisierung der Elektroden mit Spannungen, die progressiv von einer äußeren Elektrode zur anderen zunehmen, um ein elektrisches Feld zu erzeugen.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (120, 122, 124) durch die Teile eines Endlosbandes (120, 122, 124) aus einem elektrisch-leitfähigen Material gebildet werden, wobei es zumindest zwei solche Bänder (120, 122, 124) gibt, wobei jedes auf einem Paar von Halterollen auf Achsen gehalten wird, die relativ zu den Abschnitten befestigt sind, um die Elektroden (120, 122, 124) zu bilden, und Vorrichtungen zur Drehung zumindest einer Rolle eines jeden Bandes (120, 122, 124), so daß die Elektroden (120, 122, 124) kontinuierlich abgelöst werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Halterollen, die die Bänder (120, 122, 124) halten, mit verschiedenen Winkelgeschwindigleiten gedreht werden.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der Elektroden (120, 122, 124) durch das erste Band (124) gebildet wird, das einen ersten Abstand zwischen dessen Halterollen aufweist, und daß eine zweite der Elektroden (120, 122) durch ein zweites und drittes Band (120, 122) gebildet wird, wobei jedes Band zwischen diesen Halterollen einen zweiten Abstand aufweist, der ungefähr die Hälfte des ersten Abstandes beträgt, wobei die zweiten und dritten Halterollen (120, 122) jeweils End-zu-End-Abschnitte eines zweiten Elektrodenteils sind, die an die erste Elektrode (124) angrenzt, wobei ein Raum (118) zwischen dem zweiten Elektrodenteil gebildet wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Elektroden (124, 120 und 122) ungefähr 10 mm voneinander räumlich beabstandet sind.

18. Verfahren zur Trennung verschiedener Gattungen von Materialbestandteilen eines Teilchengemisches, bestehend aus folgenden Schritten: - Bereitstellung von Elektrodenvorrichtungen (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124); - Polarisierung der Elektrodenvorrichtung (10, 12, 46, 48, 90- 98, 120, 122, 124) um ein elektrisches Feld zu erzeugen; - Einbringen des Gemisches in das elektrische Feld; - Transport und Verrührung der Teilchen in besagtem Feld, um intensive Zusammenstöße zwischen den einzelnen Teilchen und den Elektrodenvorrichtungen zu bewirken, um dadurch eine triboelektrische Aufladung zu erreichen und die durch die Zusammenstöße entstandenen elektrische Ladungen auf den Oberflächen der Teilchen zu plazieren; - physikalischer Transport der Teilchen in zumindest einem Strom (19A, 19B, 55), der entlang einer Bahn verläuft; und - elektrostatische Trennung der Teilchen durch Ablenkung der geladenen Teilchen aus dem Strom (19A, 19B, 55) in Abhängigkeit zur elektrischen Ladung, die die Potentiale der entsprechenden Gattung aufnimmt, um zwei Ströme zu bilden, die bei entgegengesetzter Nettopolarität nahe aneinander verlaufen, und Akkumuliering der Teilchen einer Polarität, die von Teilchen der anderen Nettopolarität getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß es weitere Zwischenschritte aufweist, bestehend aus: - Bereitstellung von Elektrodenvorrichtungen (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124) durch eine Beabstandung von mindestens zwei Elektroden; - Polarisierung der Elektroden (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124) in unterschiedlicher Weise, um ein elektrisches Feld zwischen ihnen aufzubauen; und - Bereitstellung einer Transportvorrichtung (18, 18A, 18B, 44, 71-78, 120, 122, 124) zur Verrührung der Teilchen mit einem gelochten Fördermittel (18, 18A, 18B, 44, 71-78, 120, 122, 124), das ein Paar von im wesentlichen parallel gegenüberliegenden Seiten bildet, die sich im wesentlichen in der Richtung der Ströme (19A, 19B, 55) bewegen, wobei die Fördermittel (18, 18A, 18B, 44, 71-78, 120, 122, 124) Perforationen aufweisen, die so bemessen sind, daß sie die Bewegung der Teilchen entgegengesetzter Nettopolarität in einer Richtung erlauben, die im wesentlichen quer zu den Seiten von einer Seite des gelochten Fördermittels (18, 18A, 18B, 44, 71-78, 120, 122, 124) zu deren anderen Seite verläuft.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des physikalischen Transportes der Teilchen in zumindest einem Strom (19A, 19B, 55) entlang einer Bahn den Transport der Teilchen in zwei Strömen, die in entgegengesetzten Richtungen verlaufen, aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des physikalischen Transportes der Teilchen in zumindest einem Strom (19A, 19B) entlang einer Bahn, den Transport der Teilchen in im wesentlichen vertikaler Richtung aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dieses weiterhin die vorläufigen Schritte enthält: - Einfrieren einer Trägerflüssigkeit, die die Teilchen einer anderen Substanz enthält; und - Pulverisierung der gefrorenen Flüssigkeit, um Teilchen der gefrorenen Flüssigkeit zu erzeugen, sowie Teilchen der anderen Substanz, um dadurch die Teilchen aus der Flüssigkeit zu trennen.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bereitstellung der Elektrodenvorrichtung (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124) den Schritt der Beabstandung der Elektroden (10, 12, 46, 48, 90-98, 120, 122, 124) in einem Abstand von ungefähr 10 mm voneinander aufweist.







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