專利名稱：使用箱形電極的靜電分離裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顆粒靜電分離領(lǐng)域；更特別地，涉及用于靜電分離方法中的新式電極。
與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)描述了用于對(duì)具有多種不同靜電荷的顆粒進(jìn)行分離的靜電電極的不同尺寸、形狀和布置。但沒(méi)有一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)了如本發(fā)明提出的具有薄矩形箱形形狀的電極。
在1993年10月12日授權(quán)給J.B.Taylor和A.H.Jackson并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利No.5251762，以及在2000年5月16日授權(quán)給A.H.Jackson并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的愛(ài)讓人的美國(guó)專利No.6064022中，發(fā)現(xiàn)最接近的相關(guān)技術(shù)。二者都公開和要求了這樣的分離裝置，其中在機(jī)器中使用管狀電極和管狀刷來(lái)清理電極，設(shè)計(jì)成將多種類型顆粒的混合物分離成它們的組成部分，從而回收與另一種類型顆粒分開的一種類型顆粒。
本發(fā)明描述和要求了一種薄矩形中空箱形的新穎的靜電電極，具有一框架，連接到框架上的兩個(gè)大矩形平行板，及兩個(gè)薄的側(cè)板，箱的內(nèi)部空間在頂部和底部保持打開。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)箱形電極位于一中央垂直進(jìn)給區(qū)域的相對(duì)側(cè)，相互面對(duì)。每個(gè)電極面向進(jìn)給區(qū)域的大板由穿孔板材料制成，允許帶電荷的顆粒穿過(guò)該穿孔。箱形電極的框架、面板和后板都是導(dǎo)電的，并充以高壓。如上所述，箱形電極的底側(cè)打開，允許顆粒從電極的底部穿過(guò)。
如上所述，本發(fā)明的分離裝置和方法包括兩個(gè)或多個(gè)電極，在一進(jìn)給滑槽的相對(duì)側(cè)對(duì)齊，該滑槽將進(jìn)給顆粒導(dǎo)入電極之間的空間中，當(dāng)顆粒下落穿過(guò)帶電區(qū)域時(shí)接受靜電荷。帶電荷的顆粒朝適當(dāng)?shù)南湫坞姌O轉(zhuǎn)移，該箱形電極懸掛在振動(dòng)隔離器上，允許電極振動(dòng)而不會(huì)振動(dòng)分離裝置的其余部分，從而將任何附著的顆粒從電極上搖下。顆粒最后下落穿過(guò)一分流器區(qū)域，此處將由靜電荷轉(zhuǎn)移的顆粒與不受電荷影響的顆粒分開。
相信作為本發(fā)明特征的新穎特征特別在附屬權(quán)利要求中列出。但本發(fā)明本身，作為其組織和操作方法，與其其它目的和優(yōu)點(diǎn)一起，可通過(guò)下面參照附圖而作的描述而最佳地理解，其中

圖1是本發(fā)明箱形電極的簡(jiǎn)化透視圖，圖2是位于本發(fā)明的靜電分離裝置框架中的圖1中箱形電極的前視立面圖，其中框架將施加到箱形電極上的振動(dòng)與容納框架的裝置隔離開，圖3是沿圖1中的3-3所取的垂直剖視圖，圖4是本發(fā)明分離裝置的進(jìn)給滑槽的垂直圖形剖視圖，表示電極和分流器的一般設(shè)置，圖5表示本發(fā)明電極的三個(gè)相似的垂直剖視圖，表示與電極的振動(dòng)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)；圖5A表示沒(méi)有振動(dòng)；圖5B表示一振動(dòng)力垂直向下推動(dòng)電極；圖5C表示一振動(dòng)力向上推動(dòng)電極，圖6是將兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)電極的分離效率與本發(fā)明箱形電極相比，回收％與產(chǎn)品分析％的圖表。
本發(fā)明涉及一種用下面的事實(shí)分離不同類型顆粒的裝置，即顆粒在受到靜電荷氣氛影響時(shí)具有獨(dú)特的反應(yīng)。一些顆粒接受靜電電荷并改變它們自身的電荷，而另一些排斥電荷或者忽略電荷。顆粒可能會(huì)也可能不會(huì)被拉向電荷源，但在任何情況下，下落顆粒的路徑會(huì)由于下落經(jīng)過(guò)一靜電荷氣氛而改變，這種改變實(shí)質(zhì)上提供了將一種顆粒與另一種彼此分開的手段。今天這個(gè)科學(xué)原理是公知的，并已經(jīng)用于分離不同類型的顆粒。本發(fā)明使用一種已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可用于這種分離過(guò)程的新型電極。新穎性的主要特性是本發(fā)明電極的結(jié)構(gòu)和形狀。
大致參照?qǐng)D1、2和4，所示的本發(fā)明的電極是薄矩形箱的形式，具有由兩個(gè)窄的平行垂直條帶連接在一起的兩個(gè)較大的平行垂直面或板。這些片連接在一起，以封閉一個(gè)大的薄空間，該空間由兩個(gè)大板封閉在前部和后部，由兩個(gè)垂直條帶封閉在兩端，并具有一在底部帶有開口的中心空洞。該大面板多孔，從而允許顆粒從中穿過(guò)，而大后部板以及兩個(gè)端部條帶是實(shí)心導(dǎo)電體，最好是金屬片。
本發(fā)明的分離裝置包括兩個(gè)或多個(gè)上述的箱形電極，并由一中心空間36分離，允許要分離的顆粒通過(guò)重力從一位于自由下落36空間上端的給料斗穿過(guò)該空間36到達(dá)位于自由下落空間36下端的分流器37，然后進(jìn)入用于接收分離顆粒的料箱38、39和40中。箱形電極設(shè)置成它們的面板20形成自由下落空間36的外部極限，它們的后板21背離面板20向外間隔開。該裝置包括振動(dòng)器29，用于搖動(dòng)電極，從而盡量去除可能粘著在電極上的顆粒，并使顆粒朝分流器37下落且與其它顆粒分開。只有電極必須振動(dòng)，而裝置的其余部分應(yīng)當(dāng)沒(méi)有任何振動(dòng)，因此裝置包括振動(dòng)隔離器30(見(jiàn)圖2或圖3中的30、33、34)來(lái)限制到達(dá)電極的振動(dòng)，并防止振動(dòng)使設(shè)備的其余部分搖動(dòng)。分流器37包括兩個(gè)可移動(dòng)的刀刃，它們定位成使銳邊面對(duì)向下下落的顆粒，因而它們根據(jù)下落顆粒的位置將產(chǎn)品顆粒分成兩個(gè)或多個(gè)分支。電極的電引力將下落的顆粒轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)于電引力的下落分支，分流器37將顆粒分成兩個(gè)或三個(gè)分支，即所需的產(chǎn)品、中級(jí)品和不合格品的分支，從而完成了一次分離。
附圖1中示出本發(fā)明的箱形電極。該箱形電極具有兩個(gè)寬板(前板20和后板21)，該兩個(gè)寬板由兩個(gè)端板22分開，形成一具有一上部開口23和一下部開口24的薄箱形內(nèi)部空間。電極26的骨架結(jié)構(gòu)26A是通過(guò)將其上可附著板20、21和22的角柱25連接起來(lái)而形成的。前板20多孔，從而允許帶電荷的給料顆粒從中穿過(guò)而到達(dá)帶電的后板21，后板21最好是不可滲透的金屬板。端板22同樣是不可滲透的金屬板。給料顆粒進(jìn)給到導(dǎo)向空間36的滑槽35(見(jiàn)圖4)中，該空間36將兩個(gè)相對(duì)的電極分開，該兩個(gè)電極充上靜電，在兩個(gè)電極之間形成一電場(chǎng)，使前面已充電的顆粒由相對(duì)電極之間的靜電場(chǎng)吸附、排斥或不受其影響。板20的多孔性允許帶電顆粒穿過(guò)，但帶電顆粒上的電荷會(huì)改變，使顆粒附著到相對(duì)的電極上。一旦顆粒位于箱形電極26中，它處于零靜電場(chǎng)梯度區(qū)域中。在任何情況下允許顆粒在它選擇的方向上移動(dòng)都是很重要的，如果電荷基本上變?yōu)榱?，則顆粒由于重力而基本上向下下落，因此位于電極框架底部的開放的板空間24是很重要的。盡管如此，一些顆粒還是會(huì)聚積在板21上，必須將它們清除，以使電極繼續(xù)工作。為了輔助使電極表面清潔，提供了一種振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，將顆粒從電極表面上搖走，并允許它們通過(guò)重力而落入一收集區(qū)域中，從而保護(hù)和/或重新處理而分離出有用的顆粒，除去不需要的顆粒。
圖2中示出一種方式，其中優(yōu)選的電極安裝在分離裝置中，以允許電極振動(dòng)而裝置的其余部分不振動(dòng)。電極26(圖1中詳細(xì)描述)位于框架26A中，框架26A通過(guò)絕緣體28而與外殼27電絕緣。通過(guò)電纜46向電極26施加高電壓。電纜46由從外殼27伸出的臂47松散地支承，并通過(guò)螺栓48或其它公知的裝置聯(lián)接到框架26A上，因而可向電極26施加高電壓。電纜46有松馳，因而電極26可由偏心機(jī)構(gòu)29振動(dòng)。電極26由上梁31和下梁32支承，隔離器30將電極與外殼27和容納電極的裝置的其余部分隔離開。這樣，電極26可由偏心機(jī)構(gòu)29振動(dòng)，而結(jié)合隔離器30將振動(dòng)限制到電極上，而不允許裝置的其余部分振動(dòng)。偏心振動(dòng)器通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)一偏心底座而產(chǎn)生一搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而通過(guò)使彈簧33和34實(shí)際上允許電極搖動(dòng)運(yùn)動(dòng)而將所產(chǎn)生的振動(dòng)修改成一個(gè)更加可以接受的循環(huán)。圖3中略微詳細(xì)地圖示了這些細(xì)節(jié)。
實(shí)際上，如圖所示，是通過(guò)形成切口45來(lái)容納棒31和絕緣體28而修改電極26的。如圖4中所示，可使用單一類型的電極26來(lái)收集產(chǎn)品或排斥產(chǎn)品。
圖5示出圖2和3中振動(dòng)器29的工作。振動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)通常與一個(gè)或多個(gè)彈簧33、34和一個(gè)質(zhì)量塊(電極26)結(jié)合起來(lái)工作的旋轉(zhuǎn)偏心重量，允許電極振動(dòng)并防止振動(dòng)能量到達(dá)外殼27。圖5A示出位于中央中間位置由上梁31和下梁32支承的機(jī)構(gòu)。中線41和42表示，在由振動(dòng)器29產(chǎn)生的振動(dòng)過(guò)程中，梁31和32不移動(dòng)。在所產(chǎn)生的振動(dòng)過(guò)程中彈簧33和34先壓縮后擴(kuò)張。圖5B示出當(dāng)振動(dòng)器29到達(dá)由大箭頭43所示的完全向下位置時(shí)各部件的位置。圖5B中的彈簧33和34壓縮。在圖5C中所示的上部位置，彈簧33、34擴(kuò)張到它們完全打開的位置(箭頭44)。同時(shí)，在這些往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電極上下移動(dòng)，但從中線41和42在支承梁31和32中保持對(duì)中這個(gè)事實(shí)看出，裝置的支承框架保持靜止。
振動(dòng)器29是可購(gòu)實(shí)的器件，可通過(guò)螺栓、焊接或本領(lǐng)域公知的其它方式緊固到電極26上。
當(dāng)給料顆粒受到由平板電極產(chǎn)生的電場(chǎng)作用時(shí)，施加到顆粒上的力由顆粒上的凈電荷及作用的靜電場(chǎng)的強(qiáng)度來(lái)確定，即F1＝qE (1)其中F1是靜電吸引(或排斥)力，q是顆粒上感應(yīng)的電荷，E是在這些電極之間作用的靜電場(chǎng)強(qiáng)度。等式1對(duì)于僅使用沿板的整個(gè)長(zhǎng)度有均勻電場(chǎng)作用于電極之間的平板電極的常規(guī)靜電隔離器是有效的。結(jié)果作用于顆粒上的力只是由于顆粒表面上的電荷而產(chǎn)生的力。對(duì)于不均勻電場(chǎng)，必須考慮到由于電場(chǎng)中的空間變化(或電場(chǎng)梯度)而引起的附加力。該附加力由下式給出F2＝k(E) (2)其中(E)表示電場(chǎng)梯度，k是由實(shí)驗(yàn)測(cè)量獲得的常數(shù)。因此穿過(guò)不均勻電場(chǎng)作用于顆粒的總力由F1和F2的總和獲得，即Ft＝F1+F2＝qE+k(E) (3)這里所述的箱形電極26的一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)在于，它產(chǎn)生了一個(gè)場(chǎng)梯度較小的保護(hù)區(qū)域，防止顆粒在已經(jīng)吸附到適當(dāng)?shù)恼蜇?fù)電極上之后彈回。這個(gè)結(jié)果可歸因于顆粒被吸附并穿過(guò)帶孔電極(圖1，前板20)，而前板20與后板21之間的電場(chǎng)梯度可忽略。因此等式3中的第二項(xiàng)減小，并可通過(guò)重力和機(jī)械輔助，如振動(dòng)器29的結(jié)合而更容易地從電場(chǎng)中去除顆粒。
圖6中用圖表示出本發(fā)明的箱形電極比現(xiàn)有技術(shù)管式電極或板式更加高效地工作。箱形電極以比兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)隔離系統(tǒng)更低的產(chǎn)品分析百分比實(shí)現(xiàn)了更高的回收百分比。
如可從上面對(duì)裝置的描述確定的，根據(jù)本發(fā)明用于靜電分離兩種類型顆粒的進(jìn)給混合物的方法包括，將混合物進(jìn)給到位于兩個(gè)矩形電極之間的自由下落空間中，該兩個(gè)矩形電極彼此鏡像對(duì)稱地定位在自由下落空間的相對(duì)側(cè)，每個(gè)電極包括一框架，彼此平行的一穿孔導(dǎo)電面板和一導(dǎo)電實(shí)心后板，并與框架一起形成一薄箱形空間；將一高電壓施加到相反充電的電極上，由此使面板和后板具有相同的電壓，以減小其間的場(chǎng)梯度，從而加強(qiáng)顆粒分離；將相反充電的靜電進(jìn)給顆粒穿過(guò)穿孔板到達(dá)電極的后板；從電極回收分離的顆粒。
該方法還包括將已在自由下落空間中分離的顆粒導(dǎo)向靠近自由下落空間底端的一可調(diào)節(jié)分流器；大致對(duì)中地收集顆粒中級(jí)品，不合格顆粒靠近一個(gè)電極，而顆粒產(chǎn)品靠近另一個(gè)電極。
該方法還包括振動(dòng)框架，將暫時(shí)附著到電極上的任何顆粒從上面搖開。
最好將振動(dòng)隔離器安裝在電極與支承件之間，從而防止來(lái)自每個(gè)振動(dòng)器的振動(dòng)穿過(guò)支承件。將一個(gè)支承件安裝在電極的頂部中，另一個(gè)支承件安裝在電極底部下面，提供了對(duì)電極上下振動(dòng)的控制。此外，振動(dòng)隔離器還提供了必要的支承，允許如圖4中所示，電極處于除垂直之外的其它角度，或者在電極頂部的距離大于在底部的距離。
盡管本發(fā)明是針對(duì)某些特定實(shí)施例而描述的，可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可作多種修改和變化。因此期望由附屬權(quán)利要求來(lái)覆蓋落入本發(fā)明真實(shí)精神和范圍中的所有這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)兩種類型顆粒的進(jìn)給混合物進(jìn)行靜電分離的裝置，包括將混合物進(jìn)給到將兩個(gè)矩形電極分開的一自由下落空間的上端，該兩個(gè)矩形電極彼此鏡像地定位在上述自由下落空間的相對(duì)側(cè)；每個(gè)上述電極包括一框架，彼此平行并由兩個(gè)垂直端板相互連接而至少部分封閉一薄箱形空間的一面板和一后板，每個(gè)電極的上述面板是一穿孔板，相反充電的靜電進(jìn)給顆?？晌胶痛┻^(guò)該穿孔板，上述后板是導(dǎo)電板；及用于向每個(gè)上述電極施加高壓相反電荷的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中上述面板是一金屬篩。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中上述后板和上述端板是金屬板。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括靠近上述自由下落空間下端的一可調(diào)節(jié)分流器，它具有一用于接收顆粒中級(jí)品收集區(qū)域，顆粒不合格品靠近其中一個(gè)上述電極，而顆粒產(chǎn)品靠近另一個(gè)上述電極。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個(gè)上述電極包括一連接到上述框架上的振動(dòng)器，上述振動(dòng)器向上述電極提供振動(dòng)，使暫時(shí)粘著到上述電極上的任何顆粒從上面搖走。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，還包括一外殼，用于將上述電極支承在上述外殼中的靜止支承裝置，定位在上述電極與上述支承裝置之間用于防止來(lái)自每個(gè)振動(dòng)器的振動(dòng)經(jīng)過(guò)上述支承裝置的振動(dòng)隔離器。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中一個(gè)上述支承裝置位于上述電極的頂部中，另一個(gè)上述支承裝置位于上述電極的底部下面。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中上述振動(dòng)隔離器包括一對(duì)頂部間隔開的隔離器和一對(duì)底部間隔開的隔離器，全部上述隔離器都靠近每個(gè)上述電極的各角。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中上述電極與垂直方向且彼此相互成一角度。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一外殼和用于上述電極的靜止支承裝置，位于上述外殼與上述支承裝置之間的高壓絕緣體，用于將施加高壓相反電荷的上述裝置分別與上述電極聯(lián)接。
11.一種用于對(duì)兩種類型顆粒的進(jìn)給混合物進(jìn)行靜電分離的裝置，包括將混合物進(jìn)給到將兩個(gè)矩形電極分開的一自由下落空間的上端，該兩個(gè)矩形電極彼此成鏡像地定位在上述自由下落空間的相對(duì)側(cè)；每個(gè)上述電極包括一框架，彼此平行并與上述框架一起形成一薄箱形空間的一面板和一后板，每個(gè)電極的上述面板是一穿孔板，相反充電的靜電進(jìn)給顆?？晌胶痛┻^(guò)該穿孔板，上述后板和上述穿孔板是導(dǎo)電的；及用于向上述各電極施加高壓相反電荷并向上述各電極的上述面板和上述后板提供相同電壓從而降低跨上述箱形空間在上述面板與上述后板之間的電梯度的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中上述每個(gè)電極包括一對(duì)連接到上述框架上并至少部分封閉上述箱形空間的垂直端板，上述后板和上述端板是金屬板。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中上述每個(gè)電極包括一連接到上述框架上的振動(dòng)器，上述振動(dòng)器向上述電極提供振動(dòng)，使暫時(shí)粘著到上述電極上的任何顆粒從上面搖走。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，還包括一外殼，用于將上述電極支承在上述外殼中的靜止支承裝置，定位在上述電極與上述支承裝置之間用于防止來(lái)自每個(gè)振動(dòng)器的振動(dòng)經(jīng)過(guò)上述支承裝置的振動(dòng)隔離器。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中一個(gè)上述支承裝置位于上述電極的頂部中，另一個(gè)上述支承裝置位于上述電極的底部下面。
16.一種用于對(duì)兩種類型顆粒的進(jìn)給混合物進(jìn)行靜電分離的方法，包括下列步驟A.將混合物進(jìn)給到將兩個(gè)矩形電極分開的一自由下落空間的上端，該兩個(gè)矩形電極彼此成鏡像地定位在上述自由下落空間的相對(duì)側(cè)，每個(gè)上述電極包括一框架，彼此平行并與上述框架一起形成一薄箱形空間的一穿孔導(dǎo)電面板和一導(dǎo)電實(shí)心后板；B.向上述電極施加高壓相反電荷，使上述面板和上述后板處于相同電壓，以減小其間的電梯度，從而增強(qiáng)顆粒分離；C.使相反充電的靜電進(jìn)給顆粒穿過(guò)穿孔板到達(dá)電極的后板；及D.從電極回收已分離的顆粒。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括下列步驟E.將在自由下落空間中已分離的顆粒導(dǎo)入靠近自由下落空間下端的一可調(diào)節(jié)分流器；及F.大致對(duì)中地收集所回收的顆粒中級(jí)品，不合格顆?？拷粋€(gè)電極，而顆粒產(chǎn)品靠近另一個(gè)電極。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括下列步驟E.振動(dòng)該框架，使暫時(shí)附著到電極上的任何顆粒從上面搖開。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟E包括下列步驟F.將振動(dòng)隔離器安裝在電極與支承件之間，用于防止來(lái)自每個(gè)振動(dòng)器的振動(dòng)通過(guò)支承件。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括下列步驟G.將一個(gè)支承件安裝在電極的頂部，另一個(gè)支承件安裝在電極的底部下面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)兩種類型顆粒的進(jìn)給混合物進(jìn)行靜電分離的裝置和方法。該裝置包括兩個(gè)薄箱形電極，它們彼此鏡像面對(duì)并用電場(chǎng)充電，使相對(duì)的電極具有相反的電荷，然后將顆?；旌衔锎┻^(guò)電場(chǎng)使顆粒向各電極運(yùn)行，穿過(guò)一穿孔板或篩到達(dá)一實(shí)心后板，然后通過(guò)重力下落穿過(guò)一分流器，該分流器成將充以一種電荷的顆粒與充以另一種電荷的顆粒分開。一振動(dòng)器連接到每個(gè)電極上，該振動(dòng)器被隔離，用于通過(guò)間隔開的振動(dòng)隔離器的運(yùn)動(dòng)而將粘著到上述電極上的任何暫時(shí)顆粒從上面搖走。
文檔編號(hào)B03C7/00GK1437510SQ01811602
公開日2003年8月20日 申請(qǐng)日期2001年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月23日
發(fā)明者埃里克·揚(yáng), 托馬斯·格雷, 蒂莫·尼蒂 申請(qǐng)人:奧托庫(kù)姆普聯(lián)合股份公司