УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ Российский патент 2009 года по МПК B03C7/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу разделения частиц.

Уровень техники

На фиг.1 и 2 представлен обычный барабанный сепаратор 10, который используется для разделения частиц в смеси 12, которые обладают различной удельной (электрической) проводимостью. Смесь 12 проводящих частиц 14 и непроводящих частиц 16 подается из дозатора или бункера 18 на вращающийся барабан 20. Барабан 20 может иметь либо проводящую, либо непроводящую поверхность, но обычно выполнен в форме барабана с проводящей поверхностью, что и будет предполагаться в дальнейшем описании. Слой смеси 12, в идеальном случае одиночный слой, размещается на верхней секции вращающегося барабана 20, который затем перемещает смесь 12 в зарядную зону 22. В этой зоне все частицы одинаково заряжаются ионами 24, создаваемыми коронирующим электродом 26. Проводящие частицы 14 быстро передают свой заряд барабану 20 и падают с его поверхности 28, главным образом, под действием силы тяжести, как указано стрелкой 30. Непроводящие частицы 16 или менее проводящие частицы остаются заряженными и, таким образом, остаются притянутыми к поверхности 28 барабана 20, и в дальнейшем будут удалены электрическим или механическим средством при вращении барабана 20.

Значительной проблемой для достижения высоких качества и производительности при разделении является подача смеси 12. В описанном выше типе сепаратора 10 используются свойства проводимости частиц 14, 16 для создания различия зарядов, чтобы дифференцировать поведение частиц 14, 16 для их разделения. Следовательно, в этом случае важным фактором является расположение частиц 14, 16 на поверхности 28 барабана 20. В частности, и как было указано выше, частицы 14, 16, в идеале, должны создавать одиночный слой на поверхности 28 вращающегося барабана 20, так чтобы достичь наилучшего возможного электрического контакта между всеми частицами 14, 16 и поверхностью 28 барабана 20. Однако часто это невозможно при избытке частиц 14, 16, часто подаваемых таким образом, что они создают больше одного слоя на поверхности барабана 28, как показано на фиг.3. Это ведет к резкому ухудшению качества разделения.

Для решения вышеупомянутой проблемы используются различные меры, включая, например, снижение скорости подачи. Однако одной из основных трудностей при разделении частиц, и в частности тонкодисперсных включений, является агломерация. Агломерация может быть вызвана большим числом различных факторов, одним из которых является присутствие электростатических зарядов. Электростатические заряды являются результатом предыдущей обработки частиц и электризации частиц трением. Эти заряды и результирующие силы начинают играть все возрастающую роль при уменьшении размера частиц. Площадь поверхности и масса частиц являются соответственно величиной второго и третьего порядка от физических размеров частиц. Таким образом, для одной и той же плотности поверхностных зарядов относительно меньший размер частиц приводит к тому, что электростатические силы становятся больше, чем сила тяжести, так что частицы с различными зарядами остаются в состоянии притяжения друг к другу. Такие агломераты являются очень устойчивыми и могут удерживать заряды в течение длительных периодов времени.

Обычные способы разделения по типу, описанному выше, нельзя осуществить при таких условиях, поскольку эти агломераты образованы из частиц различного размера. Соответственно задачей настоящего изобретения является устранение или сокращение образования таких агломератов и создание условий, которые предотвращают их образование, обеспечивая тем самым разделение соответствующих материалов.

Краткое описание сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагается устройство для разделения частиц материала, имеющих различную удельную проводимость, содержащее

дозатор для размещения материала, в котором образовано выпускное отверстие,

зарядное средство, размещенное внутри дозатора в области его выпускного отверстия с возможностью непосредственной зарядки частиц, по существу, одинаковым зарядом и включающее по меньшей мере один коронирующий электрод для создания окружающей его проводящей плазмы, и

вращающееся средство переноса, расположенное смежно с выпускным отверстием дозатора,

причем зарядное средство приспособлено для создания множества одинаково заряженных частиц, покидающих дозатор через выпускное отверстие и осаждающихся на вращающемся средстве переноса, по существу, в виде одиночного слоя, при этом проводящие частицы в дальнейшем отдают свой заряд средству переноса и в результате опадают с его поверхности, в то время как непроводящие или менее проводящие частицы остаются заряженными и в результате притягиваются к поверхности средства переноса с возможностью их дальнейшего удаления электрическими или механическами средствами при вращении средства переноса.

В предпочтительном варианте для создания проводящей плазмы, заставляющей множество одинаково заряженных частиц покидать дозатор, к электроду диаметром менее 1 мм прикладывается напряжение 10-50 кВ.

В другом варианте зарядное средство включает металлические пластины под высоким напряжением, сложенные в стопку с возможностью проскальзывания вдоль пластин частиц для их заряда.

Для удобства, чтобы способствовать разделению частиц в материале, рядом с дозатором может быть установлен вибратор, чтобы вызвать вибрацию дозатора.

В изобретении также предлагается способ разделения частиц материала, имеющих различную удельную проводимость, в котором используют

дозатор для размещения материала, в котором образовано выпускное отверстие,

по меньшей мере один коронирующий электрод, создающий окружающую проводящую плазму для непосредственного заряда частиц, по существу, одинаковым зарядом перед тем, как они покидают дозатор через выпускное отверстие, и образования множества одинаково заряженных частиц, и

вращающееся средство переноса, расположенное смежно с выпускным отверстием дозатора,

причем обеспечивают осаждение заряженных частиц на средстве переноса в виде одиночного слоя с последующей отдачей проводящими частицами своего заряда средству переноса, так что они опадают с его поверхности, в то время как непроводящие или менее проводящие частицы остаются заряженными и притягиваются к поверхности средства переноса, так что в дальнейшем они подлежат удалению электрическими или механическами средствами при вращении средства переноса.

В предпочтительном варианте осуществляют вибрацию дозатора.

Краткое описание чертежей

Далее будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 - обычный барабанный сепаратор для разделения частиц, обладающих различной удельной проводимостью;

фиг.2 - вид сбоку секции барабана обычного сепаратора, показанного на фиг.1;

фиг.3 - иллюстрация проблемы, которую решает настоящее изобретение, а именно агломерация частиц, в частности тонкодисперсных частиц, на поверхности барабана обычного барабанного сепаратора;

фиг.4 - предлагаемый в настоящем изобретении барабанный сепаратор для разделения частиц, обладающих различной удельной проводимостью;

фиг.5 - выпускное отверстие дозатора, используемого в барабанном сепараторе, показанном на фиг.4, иллюстрирующее "облако" одинаково заряженных частиц, покидающих дозатор через это выпускное отверстие, создаваемое группой коронирующих электродов;

фиг.6 - структура электрического поля, создаваемого одним из группы электродов, используемых в настоящем изобретении; и

фиг.7 - частицы, осаждающиеся на барабан предлагаемого в настоящем изобретении барабанного сепаратора с образованием на нем одиночного слоя частиц.

Описание предпочтительных вариантов выполнения

На фиг.4 показано устройство 32 для разделения частиц материала 34, имеющих различную удельную проводимость. Устройство 32 включает в себя дозатор 36 для размещения материала 34, имеющий выпускное отверстие 38. Зарядное средство в виде по меньшей мере одного коронирующего электрода 40 расположено в области выпускного отверстия 38 дозатора 36. Зарядное средство в значительной степени погружено в материал 34, чтобы непосредственно заряжать частицы.

Рядом с выпускным отверстием дозатора расположено средство переноса в виде вращающегося барабана 42.

При использовании зарядное средство 40 образует множество одинаково заряженных частиц, покидающих дозатор 36 через выпускное отверстие 38, как указано стрелкой 44. Частицы осаждаются на вращающийся барабан 42 в виде одиночного слоя, причем проводящие частицы последовательно отдают свой заряд барабану 42 и в результате падают с поверхности 46 барабана, как указано стрелкой 48. Непроводящие/менее проводящие частицы остаются заряженными и, таким образом, притягиваются к поверхности 46 барабана 42, так что их следует удалять с вращающегося барабана дополнительным электрическим или механическим средством, как указано стрелкой 50.

Таким образом, основным решаемым в настоящем изобретении вопросом является передача всем частицам одинаковой плотности заряда перед их осаждением на вращающийся барабан 42, чтобы устранить силу притяжения частиц, предотвращая, таким образом, образование агломератов. Это нельзя сделать с использованием существующих барабанных сепараторов простой передачей свободного заряда агломератам, так как эти заряды будут осаждаться на их поверхности и увеличивать силу притяжения между частицами.

Может быть использована сетка коронирующих электродов для увеличения общего объема плазмы и объема материала, одновременно осаждающегося в этой области. Все частицы материала достигают одной и той же плотности заряда, и силы притяжения будут устранены и заменены силами отталкивания. При этом агломераты разрушаются, и одиночные частицы отлетают одна от другой. Это разрушение скоплений показано на фиг.5. Чтобы дополнительно способствовать предотвращению образования агломератов, рядом с дозатором можно установить вибратор. Этот вибратор служит не только для выравнивания частиц внутри дозатора, но также для предотвращения образования жесткого или закупоривающего верхнего слоя внутри дозатора, облегчая тем самым процесс подачи.

Обычно для создания проводящей плазмы вокруг электрода 40 к электроду диаметром менее 1 мм приложено напряжение 10-50 кВ. При этом вокруг электрода 40 создается электрическое поле высокой интенсивности, что обусловлено его малым радиусом, и поскольку напряженность этого поля не превышает напряженность поля для разрыва молекулы воздуха, это приводит к разряду и создает проводящую зону вокруг электрода 40. Диаметр этой проводящей зоны зависит от приложенного напряжения и возрастает по мере увеличения напряжения. Образование проводящей зоны 52 показано подробно на фиг.6, и именно в этой зоне происходит непосредственная зарядка частиц материала 34.

Как указано выше, зарядное средство 40 создает множество одинаково заряженных частиц. Эти частицы притягиваются к любому предмету, который имеет другой потенциал. Из-за зарядов, осажденных на этих частицах, они образуют одиночный слой 54 на этой поверхности, как показано на фиг.7. Образование одиночного слоя, как описано выше, представляет собой идеальный случай, и, таким образом, настоящее изобретение особенно хорошо подходит для разделения тонкодисперсных частиц, которые более подвержены агломерации.

В альтернативном варианте настоящего изобретения предусмотрено, чтобы частицы в пределах материала могли быть заряжены за счет их прохождения или иного контакта с металлическим пластинами, находящимися под высоким напряжением. Такое выполнение особенно удобно, когда требуются относительно высокие скорости подачи. В частности, для этого можно использовать установленные друг на друга медные пластины под высоким напряжением, через которые проходит поток материала.

Устройство относится к разделению частиц материала, обладающих различной удельной проводимостью. Устройство для разделения частиц материала, имеющих различную удельную проводимость, содержит дозатор для размещения материала, в котором образовано выпускное отверстие, зарядное средство, размещенное внутри дозатора в области его выпускного отверстия с возможностью непосредственной зарядки частиц, по существу, одинаковым зарядом и включающее по меньшей мере один коронирующий электрод для создания окружающей его проводящей плазмы, и вращающееся средство переноса, расположенное смежно с выпускным отверстием дозатора. Зарядное средство приспособлено для создания множества одинаково заряженных частиц, покидающих дозатор через выпускное отверстие и осаждающихся на вращающемся средстве переноса, по существу, в виде одиночного слоя. Проводящие частицы в дальнейшем отдают свой заряд средству переноса и в результате опадают с его поверхности. Непроводящие или менее проводящие частицы остаются заряженными и в результате притягиваются к поверхности средства переноса с возможностью их дальнейшего удаления электрическими или механическими средствами при вращении средства переноса. Способ, в котором используют дозатор для размещения материала, в котором образовано выпускное отверстие, по меньшей мере, один коронирующий электрод, создающий окружающую проводящую плазму для непосредственного заряда частиц, по существу, одинаковым зарядом перед тем, как они покидают дозатор через выпускное отверстие, и образования множества одинаково заряженных частиц, и вращающееся средство переноса, расположенное смежно с выпускным отверстием дозатора. Обеспечивают осаждение заряженных частиц на средстве переноса в виде одиночного слоя с последующей отдачей проводящими частицами своего заряда средству переноса, так что они опадают с его поверхности. Непроводящие или менее проводящие частицы остаются заряженными и притягиваются к поверхности средства переноса, так что в дальнейшем они подлежат удалению электрическими или механическими средствами при вращении средства переноса. Технический результат заключается в устранении или сокращении образования агломератов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для разделения частиц материала, имеющих различную удельную проводимость, содержащее
дозатор для размещения материала, в котором образовано выпускное отверстие,
зарядное средство, размещенное внутри дозатора в области его выпускного отверстия с возможностью непосредственной зарядки частиц, по существу, одинаковым зарядом и включающее по меньшей мере один коронирующий электрод для создания окружающей его проводящей плазмы, и
вращающееся средство переноса, расположенное смежно с выпускным отверстием дозатора,
причем зарядное средство приспособлено для создания множества одинаково заряженных частиц, покидающих дозатор через выпускное отверстие и осаждающихся на вращающемся средстве переноса, по существу, в виде одиночного слоя, при этом проводящие частицы в дальнейшем отдают свой заряд средству переноса и в результате опадают с его поверхности, в то время как непроводящие или менее проводящие частицы остаются заряженными и в результате притягиваются к поверхности средства переноса с возможностью их дальнейшего удаления электрическими или механическими средствами при вращении средства переноса.

2. Устройство по п.1, содержащее электрод диаметром меньше 1 мм, к которому приложено напряжение 10-50 кВ для создания вокруг него проводящей плазмы.

3. Устройство по п.1, в котором зарядное средство включает металлические пластины под высоким напряжением, сложенные в стопку с возможностью проскальзывания вдоль пластин частиц для их заряда.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, снабженное вибратором, примыкающим к дозатору с возможностью его колебания для содействия разделению частиц материала.

5. Способ разделения частиц материала, имеющих различную удельную проводимость, в котором используют
дозатор для размещения материала, в котором образовано выпускное отверстие,
по меньшей мере один коронирующий электрод, создающий окружающую проводящую плазму для непосредственного заряда частиц, по существу, одинаковым зарядом перед тем, как они покидают дозатор через выпускное отверстие, и образования множества одинаково заряженных частиц, и
вращающееся средство переноса, расположенное смежно с выпускным отверстием дозатора,
причем обеспечивают осаждение заряженных частиц на средстве переноса в виде одиночного слоя с последующей отдачей проводящими частицами своего заряда средству переноса, так что они опадают с его поверхности, в то время как непроводящие или менее проводящие частицы остаются заряженными и притягиваются к поверхности средства переноса, так что в дальнейшем они подлежат удалению электрическими или механическими средствами при вращении средства переноса.

6. Способ по п.5, в котором осуществляют вибрацию дозатора.