DE19619107A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von feinkörnigen Feststoffen nach der Partikelgröße - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trennung von feinkörnigen Feststoffen nach der Partikelgröße- und dichte aus einem Feststoffgemisch.

Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren zur Trennung von feinkörnigen Feststoffen nach der Partikelgröße und Partikeldichte bekannt. Verfahren zur Trennung nach der Partikelgröße (Klassieren) sind das Sieben, die Sedimentation im Schwerkraftfeld oder im Zentrifugalkraftfeld sowie das Sichten. Die beiden letztgenannten Verfahren sind ebenfalls zur Trennung nach der Partikeldichte (Sortieren) geeignet. Das Trocken-Sieben ist nur bis zu einer Partikelgröße größer als 50 µm effektiv einsetzbar, für Partikelgrößen kleiner als 50 µm werden meist Naß-Siebverfahren eingesetzt. Diese haben, wie auch alle Sedimentationsverfahren zum Nachteil, daß kleine Partikel bei der Trennung von der flüssigen Phase leicht agglomerieren. Ein weiterer Nachteil ist, daß durch die zu verwendende Flüssigkeit chemische oder andere Eigenschaften der Partikel verändert werden können. Das Sichten wird vor allem für sehr kleine Partikelgrößen eingesetzt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem kleinste Mengen des Ausgangsmaterials nahezu verlustfrei und ohne Verwendung von zusätzlichen Flüssigkeiten getrennt werden können. Über die Wahl der Prozeßparameter soll eine stufenlose Vorgabe der Trennkriterien möglich sein. Die Vorrichtung soll einfach und kostengünstig zu realisieren sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Variante wird durch Anspruch 2 angegeben. Die Aufgabe wird weiterhin mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 4 bis 6.

Die Erfindung basiert auf der Wechselwirkung der Partikel des feinkörnigen Feststoffes mit einer bewegten Membran in Verbindung mit den ballistischen Eigenschaften der darauf folgenden Bewegungen in einem gasförmigen Medium oder im Vakuum.

Wesentlich für die mechanische Wechselwirkung der Teilchen mit der Membran ist deren Relativbewegung zueinander. Diese bestimmt sich über die charakteristische Flugzeit für jede einzelne Partikelgröße (beeinflußt durch Reibung im gasförmigen Medium) verglichen mit dem zeitlichen Ablauf der Membranbewegung. Die Reibung mit dem gasförmigen Medium während der Flugbewegung wird im wesentlichen von der Partikelgröße und der Form der Partikel beeinflußt. Das Verhältnis der Anteile an elastischer und inelastischer Wechselwirkung mit der Membran wird vor allem von der Partikelgröße und der Masse der Partikel beeinflußt. Dies bedeutet, daß nur für die Partikelfraktion, bei der Flugzeit und Schwingungsperiode der Membran aufeinander abgestimmt sind, der Energieverlust infolge Reibung mit dem gasförmigen Medium und inelastischen Stoßes mit der Membran wieder ausgeglichen werden kann. Deshalb erreichen solche Partikel im Vergleich zu den anderen eine maximale Flughöhe, sie können hinsichtlich ihrer Eigenschaften durch die Wahl des gasförmigen Mediums (auch Vakuum möglich) und die Vorgabe von Amplitude und Frequenz der Membranbewegung ausgewählt und durch eine geeignete Abscheidevorrichtung aufgrund ihrer erreichten Flughöhe vom Rest des Feststoffgemisches getrennt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Partikel mit einer Korngröße auch unterhalb von 50 µm ohne Dispergieren in einer Flüssigkeit voneinander getrennt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. An Hand der einzigen Fig. 1 werden Verfahren und Vorrichtung erläutert.

In der Fig. 1 ist ein Gefäß 2 mit einer schwingungsfähigen Membran 3 als Boden dargestellt. Die Anregung der Schwingung erfolgt durch die Spule 4. Im Gefäß 2 befinden sich Partikel 1 unterschiedlicher Größe, die mit der Membran 3 in Wechselwirkung treten. Die Fraktion mit der maximalen Flugbahnhöhe wird durch den seitlichen Luftstrom 5 von den übrigen Partikeln getrennt, und gelangen über den Abscheider 6 in einen separaten Behälter 8.

Die Membran 3 ist durch den äußeren Erreger, die Spule 4, hinsichtlich Amplitude und Frequenz steuerbar. Die Partikel 1 des feinkörnigen Feststoffes können mit der Membran 3 in mechanische Wechselwirkung treten, wodurch sich Flugbewegungen der Partikel 1 im Schwerkraftfeld der Erde erzeugen lassen. Aufgrund der periodischen Bewegung der Membran 3 und der ballistischen Charakteristik der Flugbewegungen ergibt sich für eine bestimmte Partikelfraktion die Möglichkeit der maximalen Energieaufnahme infolge zeitlicher Koinzidenz der Flugzeit mit der Periode der Membranbewegung.

Zur Ausschaltung der Reibung der Partikel 1 mit dem gasförmigen Medium kann die Anordnung unter einem Behältnis 7 betrieben werden, in dem ein Vakuum erzeugt wird.

Claims (6)

1. Verfahren zur Trennung von fein- und feinstkörnigen Feststoffen nach der Partikelgröße- und dichte aus einem Feststoffgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß

• - mit einer periodisch bewegten Membran (3),
• - die Relativbewegung der Partikel (1) und der Membran (3) zueinander, welche durch die Reibung der Partikel im gasförmigen Medium und den Energieverlust, der vom Verhältnis von elastischem und inelastischem Anteil der Wechselwirkung beeinflußt wird, und die von der Partikelgröße und Partikeldichte abhängen,
• - in Verbindung mit den gewählten Parametern der Membranbewegung, Amplitude und/oder Frequenz,
• - die Partikel (1) zu unterschiedlichen Flughöhen angeregt werden,
• - und die Partikel (1) in Verbindung mit einer Abscheidevorrichtung (5, 6, 8), für welche die Flughöhe der Partikel (1) das Abscheidekriterum ist, nach Partikelgröße und -dichte vom Rest des Feststoffgemisches getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des gasförmigen Mediums Vakuum vorliegt und nur die Wechselwirkung zwischen den Partikeln (1) und der Membran (3) für die Anregung unterschiedlicher Flughöhe ausgenutzt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit veränderlicher Amplitude und/oder Frequenz periodisch anregbare Membran (3) vorgesehen ist, die Membran (3) den Boden des Gefäßes (2) bildet, und oberhalb des Gefäßes (3) eine Abscheidevorrichtung (5, 6, 8) zur Abtrennung von Partikelfraktionen einer Flugbahnhöhe vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidevorrichtung mit mechanischen, pneumatischen oder elektrostatischen Mitteln oder aus deren Kombinationen betreibbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidevorrichtung durch einen seitlichen Luftstrom (5), einen Abscheider (6) und ein separates Auffanggefäß (8) gebildet wird, wobei der Luftstrom (5) über die Oberkante des Gefäßes (2) streicht und zum Abscheider (6) gerichtet ist, so daß jeweils eine Partikelfraktion in den Abscheider (6) und anschließend in das Auffanggefäß (8) gelangt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest um den Bereich der Abscheidung der Partikel ein Vakuum (7) vorgesehen ist.