专利名称：高压静电分选器和分离器及相关方法
技术领域：
本发明涉及一种用于选矿或分离颗粒物质的静电分离器，更具体的，涉及这样一种高压静电分离器及相应方法，该高压静电分离器包括一种依据尺寸来分选颗粒物质的电晕分选器部。
静电分离器基于充电颗粒物质可具有不同的导电性能，然后当外部电场作用于该颗粒物质时可分离该颗粒物质。三种用于电分离颗粒物质的主要充电机构包括感应、摩擦起电和离子轰击。由于这些机构产生的静电力与颗粒物质的有效表面区域的表面电荷和电场强度成正比，因此物理特性例如尺寸、形状及比重将影响此过程。
通常，利用高压静电分离器有效分离的颗粒物质尺寸比大约100μm要粗大。实际上，所供给颗粒物质的尺寸均匀将提供更好的分离效率。因此，应采用高压静电分离方法来有效地分选颗粒物质以获得更有效的结果。筛选是一种分选颗粒物质的方法。对于尺寸细于250μm的颗粒物质，通常利用分选技术来执行分级。尺寸分选法是基于例如颗粒物质经由诸如空气和水一类媒介下落的速率。
在一种传统高压静电分离器中，通常把颗粒物质引到一种辊式电极的顶部上。依据颗粒物质的特性改变充电(电晕)电极和静电极的位置以及辊转动速度。对于具有较广尺寸分布的颗粒物质，分离操作需要多个处理阶段以获得满意的分离。相应的，从处理观点来看，需要在分离之前把这种颗粒物质分离为更窄的尺寸粒径组以获取更高的分离效率。
现在技术中已知的是高压静电分离操作具有较好的分离效率且颗粒材料具有较窄的尺寸分布。还确定的是辊式高压分离器更适于分离较细小的颗粒材料，而板式感应分离器更适于分离较粗大的颗粒材料。
高压静电辊式分离器的显著问题是导电的细小颗粒材料残留在辊的外鼓面上且错放成与不导电颗粒材料一起。这是该细小颗粒材料具有较高表面电荷、较小惯性/离心力且易于被颗粒俘获的结果。
细小颗粒材料需要更高的电荷，因为它们的比表面积大于粗大颗粒材料的比表面积。相应的，用于分离细小颗粒材料的电极列应提供较窄的电晕场、较小的电晕电流以及更宽且更强的静电场。另外，应采用较高的辊转动速度以确保导电的细小颗粒材料尽可能早地离开电极外鼓面。
另一方面，粗大颗粒材料具有较小的比电荷。但是，因为这种粗大颗粒材料的离心力与它们半径的立方成正比，较大的离心力作用于该粗大颗粒材料。因此，为分离粗大颗粒材料，显著问题是不导电的粗大颗粒材料过早地离开该辊式电极的外鼓面。同时，如果这种粗大颗粒材料的表面电荷不够多，它们会错放成与导电颗粒材料一起。因此，用于分离粗大颗粒材料的电极列应提供较宽的电晕场以增强对它们的充电。另外，辊转动速度应较慢以使作用于该粗大颗粒材料的离心力的负面影响降到最小。
因此，为获得最佳分离性能，应利用不同类型的静电分离器分选并随后分离颗粒材料的较细小及较粗大粒径组。但是，尺寸分选是这样一项艰苦的工作，除非有必要，人们希望避免尺寸分选。文献中已经报导了利用静电技术进行尺寸分选。这些技术主要用于在传统的尺寸分选操作不能提供满意的分离时分选干燥的细小粉末。例如，一种试图分离细小灰尘状颗粒材料的现有技术公开在Breakiron等的美国专利No，3,222,275中。根据此专利，网目尺寸为-200的相当细小的颗粒材料可以利用由电晕放电产生的流动离子喷射而高压分离。
用于分选颗粒材料的大多数技术利用了当颗粒材料受到一种强电场时它们会经由感应而带电的现象。因此，尺寸分离可通过使带电颗粒材料通过带电筛网来实现。例如，Dunn的美国专利No.5,484,061公开了一种用于依据尺寸来分选颗粒材料的静电筛选装置。Seider的美国专利No.5,161,696公开了一种通过给自由下落的研磨颗粒材料施加高压电晕感应电荷来分离研磨粒形状的装置。
除了颗粒材料的尺寸以外，操作参数会影响静电分离器的性能。这种操作参数是辊速度、电晕电极的数量及它们相对于接地电极的位置、外加电势的强度和极性、颗粒材料速率、电极表面清理、颗粒材料的温度及分流件的位置。
考虑到上述背景，因此本发明目的是提供这样一种高压静电分选器和分离器，其包括一种把所供给的颗粒材料分选为细小至中等尺寸粒径组和中等至粗大尺寸粒径组的电晕分选器部，然后分别利用一种辊电极式分离器和一种板电极式分离器分离该粒径组。本发明的这些及其它目的、特征和优点提供在一种基于尺寸和导电性来分选和分离颗粒材料的高压分离器中，其包括一种具有大体平面侧壁的细长通道，该侧壁限定了用于接收颗粒材料的第一端和用于依据尺寸把该颗粒材料引向两个粒径组的第二端。该电晕分选器还包括位于一个侧壁附近的电晕装置，该电晕装置用于沿水平方向给顺着通道落下的颗粒材料提供离子轰击，使得在该颗粒材料经过该通道的同时，中等至粗大尺寸的颗粒材料沿着更为大体垂直的方向移动以及细小至中等尺寸的颗粒材料沿着不太大体垂直的方向移动。
一分流件可位于电晕装置下游的通道内，以朝向侧壁把中等至粗大尺寸的颗粒材料引入第一路径以及朝向另一侧壁把细小至中等尺寸的颗粒材料引入第二路径。可绕一种大体平行于该侧壁且垂直于该通道纵轴延伸的轴来调节分流件。此外，分离器可包括用于接收细小至中等尺寸的颗粒材料和中等至粗大尺寸的颗粒材料以把该颗粒材料分离为多个不同粒径组的装置。
电晕装置包括自一个侧壁起沿大体水平方向且在通道的相对侧壁之间延伸的多个隔离件。该通道的侧壁可以是导电的。多个彼此隔开的电晕电极靠近且沿着一个侧壁延伸，并具有与多个隔离件连接的相对端部，使该多个电晕电极与该一个侧壁隔开。多个隔离件是不导电的，以使多个电晕电极与一个侧壁绝缘。
一储槽位于通道的上方以利用重力沿着该通道的一个侧壁且与该一个侧壁隔开地使其内的颗粒材料送进大体均等的细小颗粒流。电晕分选器还包括一种位于通道内且与分流件连接的筛网，以促使中等至粗大尺寸的颗粒材料与细小至中等尺寸的颗粒材料的分离。该筛网具有一种使细小至中等尺寸的颗粒材料通过并阻止中等至粗大尺寸的颗粒材料通过的网面。
分流件可以包括一用于支承筛网的上缘部。此外，该筛网通常在通道的相对侧壁之间延伸。分流件具有一种通常与上缘部相对的可转动基座，以朝向和离开一个侧壁枢转分流件和筛网以及上下移动该分流件。电晕分选器部还包括多个沿着通道的长度延伸且在中等至粗大尺寸的颗粒材料的一般路径内相互隔开的隔板。该多个隔板有助于延缓中等至粗大尺寸的颗粒材料的下落。
电晕分选器还可以包括一具有多个细长的大体垂直部件的外壳，该大体垂直部件各自的第一端与一种底座件的对应拐角连接并自该拐角起延伸。外壳具有多个细长的大体水平部件，以连接多个大体垂直部件的对应第二端，这样该外壳就限定了一种通常支承电晕分选器于其内的空腔。外壳是导电的。
本发明还提供了一种用于依据尺寸分选并收集颗粒材料的方法。该方法包括使颗粒材料经过一种非常靠近电晕源的通道，该电晕源用于给该颗粒材料充电。该方法还包括依据尺寸对经过通道的颗粒材料进行分选，把该颗粒材料引向分开的路径，其中，第一路径用于细小至中等尺寸的颗粒材料，第二路径用于中等至粗大尺寸的颗粒材料。然后，收集或者进一步处理经分离的细小至中等尺寸粒径组和中等至粗大尺寸粒径组。
为进一步帮助分选颗粒材料，把一可调节分流件和一与该分流件连接的筛网安装在通道内，以增强对细小至中等尺寸的颗粒材料与中等至粗大尺寸的颗粒材料的分选。把多个彼此隔开的容器放置在中等至粗大尺寸导电颗粒材料和中等至粗大尺寸不导电颗粒材料的对应路径附近以收集它们。类似的，把多个彼此隔开的容器放置在细小至中等尺寸导电颗粒材料和细小至中等尺寸不导电颗粒材料的对应路径附近以收集它们。多个彼此隔开的静电极应涂覆以一种不导电聚合物，以防止在接触时发生电击触电并防止电弧放电。
在一种替换实施例中，公开了一种用于基于尺寸和导电性分选和分离颗粒材料的高压静电分离器。该分离器包括一种依据尺寸来分选颗粒材料并把该颗粒材料引至第一和第二分离器的电晕分选器部。
第一分离器部自通道的第一路径接收细小至中等尺寸的颗粒材料，并依据导电性分离它们。第一分离器部包括一种细长圆柱形且接地的导电主体，该主体具有一旋转纵轴以及一基本平滑的外鼓面以接收细小至中等尺寸的颗粒材料于其上；用于绕该纵轴转动该主体的装置；以及轴杆装置，自该主体的相对端部起沿着该纵轴向外延伸。第一分离器部还包括一种分流件，该分流件与第一分离器部隔开设置且通常位于第二象限内以分离细小至中等尺寸导电颗粒材料与细小至中等尺寸不导电颗粒材料。该分流件在一平行于主体纵轴延伸的轴上应该是可调节的。
一支承框架设置在电晕分选器部及第一分离器部的外部。该框架包括一对支承轴杆装置的轴颈，该轴杆装置用于转动主体。第一分离器部包括一种通常位于第三象限内的交流弧刷，以将细小至中等尺寸不导电颗粒材料移除外鼓面。第一分离器部还包括一种通常位于第三与第四象限中间的可转动刷，以将任何残留的细小至中等尺寸的颗粒材料移除外鼓面。第一分离器部还包括一种与该第一分离器部隔开设置且通常位于第三象限内的隔板，以把细小至中等尺寸的颗粒材料引入对应的容器内。
一冠状装置由该框架支承、与外鼓面隔开地位于该外鼓面上方、且向下游倾斜以防止细小至中等尺寸的颗粒材料堆积在该外鼓面上。多个彼此隔开的细长静电极靠近且沿着主体的外鼓面延伸，并具有由彼此隔开的弧形板支承的相对端部。多个静电极位于圆柱形主体的第一和第二象限内的选定位置处以提供一种静电场，从而使细小至中等尺寸导电颗粒材料与外鼓面分离，同时细小至中等尺寸不导电颗粒材料仍然依附在该外鼓面上并随着该主体的转动随后移离该外鼓面。多个静电极中的每个都涂覆有一种不导电聚合物，以防止在接触时发生电击触电并防止电弧放电。
本发明还包括用于自通道的第二路径接收中等至粗大尺寸的颗粒材料并把该中等至粗大尺寸的颗粒材料分离为导电和不导电粒径组的第二分离器部。第二分离器部包括一种弧形、倾斜且接地的导电板及多个在该板附近及上方隔开设置的间隔电极，该间隔电极用于产生一种电场以使中等至粗大尺寸导电颗粒材料被吸引并升离该板，同时允许中等至粗大尺寸不导电颗粒材料依靠重力在该倾斜板上移动。
第二分离器部还包括一种彼此隔开地位于板与电极之间的分流件，以分离中等至粗大尺寸导电颗粒材料与中等至粗大尺寸不导电颗粒材料。该分流件在一平行于主体纵轴延伸的轴上是可调节的。
优选的，本发明提供了电晕辅助的颗粒材料分选、增强的静电场、导电的圆柱形旋转外鼓面以分离粗大颗粒材料。本发明还包括多个容器，该容器通常位于高压静电分离器的排出物的下方且分别自第二分离器部接收中等至粗大尺寸导电颗粒材料和中等至粗大尺寸不导电颗粒材料以及自第一分离器部接收细小至中等尺寸的导电颗粒材料和细小至中等尺寸的不导电颗粒材料。该多个容器是不导电的。外壳还包括用于可拆卸地固定静电分离器于其上且一般位于该外壳的空腔内的装置。
优选的，该高压静电分选器和分离器可依据导电性把颗粒材料的较窄尺寸粒径组分离为更多粒径组。本发明还提供一种增强静电极列，其提供增强吸引力以分离导电颗粒材料。并排的第一和第二分离器部提高了分离效率和生产能力。
本发明还提供了一种用于分选和分离导电和不导电颗粒材料的方法。该方法包括使颗粒材料经过一种非常靠近电晕源的通道，该电晕源用于给该颗粒材料充电。依据尺寸对经过通道的颗粒材料进行分选，把该颗粒材料引向分开的路径，其中，第一路径用于细小至中等尺寸的颗粒材料，第二路径用于中等至粗大尺寸的颗粒材料。
本发明公开了利用一旋转的圆柱形接地外鼓面把细小至中等尺寸的颗粒材料分离为导电和不导电粒径组。把细小至中等尺寸的颗粒材料移过一种电晕充电位置，从而利用多个彼此隔开的静电极将导电的细小至中等尺寸的颗粒材料移除外鼓面。结果，不导电的细小至中等尺寸的颗粒材料残留在旋转外鼓面上直至它们在该外鼓面的全程旋转之前掉落或者移除该外鼓面。
该方法包括利用一种弧形且倾斜的接地板把中等至粗大尺寸的颗粒材料分离为导电和不导电粒径组，使通过该板的中等至粗大尺寸导电颗粒材料由于多个彼此隔开的静电极的电场作用而升离该板，从而与残留在板上且自该板落下的中等至粗大尺寸不导电颗粒材料分离，该静电极沿着板位于该板的上方且彼此隔开。该方法还包括收集与不导电细小至中等尺寸粒径组分离开的导电细小至中等尺寸粒径组，以及收集与不导电中等至粗大尺寸粒径组分离开的导电中等至粗大尺寸粒径组。通过总结以下装置权利要求公开其它方法步骤。
优选的，本发明提供了这样一种分选和分离颗粒材料的方法，该方法能使生产能力达到最大、使颗粒错放减至最少、并提高由多个静电极生成的静电场的效率。通过采用电晕分选器部以及第一分离器部(辊电极分离器)和第二分离器部(板电极分离器)，可通过本发明利用单通道有效地且高效地分离宽范围颗粒材料。
被认为是本发明特有的新颖特征将在所附权利要求书中具体阐述。参照以下说明书并结合附图将更好地理解本发明自身的构造和操作方法以及其进一步的目的和优点，其中
图1是依照本发明的高压静电分选器和分离器的示意性端部正视图；图2a是图1所示电晕分选器部的放大透视图；图2b是图2a所示电晕分选器部的示意性端部放大正视图；图3a该高压静电分选器和双部分离器的示意性端部放大正视图，表示了依据尺寸和导电性来分离颗粒物质；图3b是图3a所示高压静电分选器和分离器的透视图；图4是主要表示图3b中所示鼓式分离器部的放大透视图；以及图5是主要表示图3b中所示板式分离器部的放大透视图。
以下将参照表示本发明优选实施例的附图更充分地描述本发明。但本发明可具体表现为许多不同形式，不应将本发明限定为在此阐述的实施例。相反，这些实施例提供用以使本申请全面完整，且它们将向本领域技术人员传达本发明的真实范围。自始至终，相同的数字表示相同的部件，利用原数和秒号标记来表示替换实施例中的类似部件。
首先参照图1，表示了混合式静电分选器和分离器11。静电分选器和分离器11包括储槽12、电晕分选器部13、第一鼓式分离器部14和第二板式分离器部15。储槽12内容纳颗粒物质16，且以可变速率分配该颗粒物质16。这样分配颗粒物质16，使等间隔的颗粒物质流进入电晕分选器部13。按照任何已知方式，储槽12位于外壳17的上方且彼此隔开。
外壳17包围静电分选器和分离器11，且包括多个平行隔开的细长件22和与该细长件22连接以形成空腔24的底座23，该空腔24用于容纳第一和第二分离器部14，15。外壳17提供一种用于保护静电分选器和分离器11的外部框架，同时还允许无遮挡地查看分离器部。静电分选器和分离器11支承在外壳17内，使它们支承并悬置于底座23的上方。于是，间隙25就存在于静电分选器和分离器11与底座23之间。该间隙25允许接近静电分选器和分离器11的下方以安置例如用于把颗粒物质引入隔开容器27中的隔板和/或分流件。该容器设置在间隙25的下方以收集图3a所示的不同颗粒物质组73-76。
现在参照图2a和2b，表示了电晕分选器部13。可相对于第一和第二分离器部14，15独立且分别地操纵此分选器部。于是，可依据尺寸对颗粒物质16进行电晕分选，而不需要把该颗粒物质分离为导电和不导电组。电晕分选器部13具有一对纵向侧壁40，42和一对间隔端部41，43，该纵向侧壁40，42及间隔端部41，43形成用于接收细小颗粒材料16至粗大颗粒材料16的通道33。开口20允许颗粒材料16自储槽12下落进入通道33内，以根据尺寸进行分选。
每个壁40-43都是导电的且使它们接地以包含由电晕离子源36产生的电晕场。通道33具有供颗粒材料16通过且近似等于例如二十英寸的自由下落距离或高度37。此高度37足以允许依据尺寸将颗粒材料16分离为两个不同粒径组31，32。当然，可以调节该高度37，以为各种类型的颗粒材料提供更长或更短的自由下落距离。
电晕离子源36沿着第一侧壁40接合，且沿着该第一侧壁40的长度34延伸。具体的，电晕离子源36装在由第一侧壁40、顶和底角件40a，40a以及端角件(未示出)形成的空腔21内。螺栓29把板38固定到支承件22，22a上，该支承件22，22a在部件19与横向部件19a之间延伸以将电晕离子源36固定于其上。多个细长且基本平行的电晕电极39经由多个选择性对应的导电件44沿着充电电晕板30的长度34安装。这些导电件44支承每个电晕电极39的相对端，并保持该电晕电极39处于相互隔开的关系。导电件44穿过电晕板30，使得其第一部分位于通道33内，而第二部分位于电晕板30与板38之间。多个彼此隔开的陶瓷隔离件28把电晕板30安装到板38上。可采用其它不导电材料例如橡胶来制造隔离件28。
现有技术中已知的通用调节件45固定地安装在对应端壁41，43的相对端处。调节件45控制该离开通道33并沉积到外鼓面54上的粒径组31的排放。通过一般沿上下和/或左右方向移动调节件45特别是导向件45a的位置，托架46就移动至对应的位置以引导粒径组31至外鼓面54上。特别的，短板95可拆卸地与长板96连接。这种长板包括多个槽97，多个对应的紧固件98把短板95固定到该长板96上。通过松开紧固件98并沿着长板96移动短板95，该短板可沿着槽97平行移动。然后通过拧紧紧固件98，把短板95固定到适当位置上。优选地，当粒径组31落到短板95上时，根据导电性引导该粒径组31沉积到外鼓面54的不同位置上。
如图2b和3a所示，隔板或挡板48沿着通道33的长度34延伸，以延缓粗大粒径组32的下落。在通道33内，此挡板48生成颗粒材料16的缓冲床。该缓冲床积聚颗粒材料16，并有助于防止粗大粒径组32撞击挡板48和侵蚀形成该挡板48的实际钢材料。
电晕离子源36对经过的颗粒材料16进行离子轰击，该离子轰击在颗粒材料16近似垂直地移过通道33的同时，近似水平地朝向该颗粒材料16有效地喷射流动离子。由于颗粒材料的电荷密度与其表面积和电源(电晕离子发生器)的电流强度成正比，因此在该颗粒材料沿y轴下落的过程中其沿x轴的位移与其尺寸和表面电荷成正比。相应的，在受到电晕电荷时，受重力作用下落的细小至中等尺寸的颗粒材料的水平运动大于中等至粗大尺寸的颗粒材料的水平运动。
更特别的，在颗粒材料16沿近似垂直方向下落的同时，沿近似水平方向发生电晕离子化。重力和电场力对颗粒物质16的自由下落轨迹的净效应显著不同，细小至中等尺寸的颗粒材料在该电场力的作用下一般沿x轴方向移动，而对于中等至粗大尺寸的颗粒材料的自由下落轨迹而言重力则起支配作用，从而使该中等至粗大尺寸的颗粒材料一般沿y轴方向下落。由此实现颗粒材料16的尺寸分选，并可以连续操作，不像例如筛选。
优选的，通道33内的该电晕离子化装置可单通道地把颗粒材料16有效分选为两个尺寸较窄的粒径组31，32。粒径组31，32分别是细小至中等尺寸的颗粒材料和中等至粗大尺寸的颗粒材料。基于实验检测结果，利用从储槽12至通道33的近似八英寸落程及该通道33内的近似二十英寸自由下落距离或高度37，受到本发明电晕充电装置作用的颗粒材料16可充分合理地分流为两条较小尺寸路径。
在通道33内及电晕离子源36的下游，可调节分流件50能绕基本平行于长度34的水平轴53a转动。可通过沿着大约四十五度路径移动一种杆53把分流件50的端部移向或移离侧壁40，42，从而调节该分流件50的位置，通过移动位于一个端壁41或43外部附近的一种把手来移动该杆53。在一种替换实施例中，一种筛网49可在通道33内安装并连接到分流件50上以辅助分选过程。筛网49还能绕分流件50的轴转动、优选沿着长度34延伸、且比通道33的高度37短。当然，可依据将要分选和分离的颗粒材料16的尺寸，采用具有不同网目尺寸的筛网，以特别阻止过大尺寸的颗粒材料传送至鼓式分离器部14。
由此，能够利用电晕分选器部13单通道地把一批具有宽范围尺寸的不同颗粒材料16有效分选为细小至中等尺寸粒径组31和中等至粗大尺寸粒径组32。优选的，电晕分选器部13克服了不能在单通道内有效分选具有不同尺寸的宽范围颗粒材料16的缺点以及不能连续进行分选的缺点。对这种具有不同尺寸的颗粒材料16的分选能力有助于提高工作速率和效率。此外，克服了仅经由筛网来分选颗粒材料的缺点，即，避免了清洗和维护该筛网、改变该筛网的网目尺寸以适应具有不同尺寸的颗粒材料、以及为进行上述改变的停工时间。
现在参照图3a和3b，分别表示除外壳17以外的静电分选器和分离器11。在颗粒材料16已经由电晕分选器部13分选为细小至中等尺寸粒径组31和中等至粗大尺寸粒径组32之后，这些粒径组被进一步分离为导电和不导电组73-76。朝向两条各自路径51，52引导粒径组31，32，该路径51，52通向优选为鼓式分离器部14和板电极式分离器部15的第一及第二并排分离器部。在替换实施例中，可采用工业上能够获得的其它设备来接收并依据导电性分离颗粒材料16，而不脱离有关电晕分选器部13的本发明范围。
现在参照图3a，3b和4，第一路径51引导细小至中等尺寸粒径组31至第一分离器部14的外鼓面54上。第一分离器部14具有一种接地的圆柱形主体55，且绕沿该主体55中心延伸的纵轴56转动。主体55的直径57优选为二十英寸左右。若主体55具有这样的直径将为沉积到该主体55上的中等尺寸的颗粒材料16提供更高的适应性(flexibility)。当然，如现有技术中已知的，可特别依据将要分离的颗粒材料16的尺寸调节主体55的直径57。
利用传统的马达来转动主体55。轴杆58沿着轴56延伸，且与主体55的每个端部连接。在主体55的相对端部处，轴杆58轴颈连接在轴承59内，该轴承59用于安装到外壳17的横向构件19a上。如现有技术中公知的，轴杆58可以是一个部件或者可以是一对短轴。可认为主体55具有限定四个象限63-66的四个相等部分。主体55的端部具有限定象限63-66的垂直轴61和横向水平轴62。第一象限63包括自零度点60起顺时针转动九十度限定的空间。第二、三和四象限包括自九十度点67起相继地顺时针转动九十度限定的空间64-66。
电晕离子源68给绕外鼓面54转动的细小至中等尺寸粒径组31供应电荷。电晕离子源68被设置成与圆柱形主体55隔开，且通常在第一象限63的第一个四十五度区域内。特别的，电晕离子源68优选位于自零度点60起顺时针转动大约三十度处。在替换实施例中，多于一个电晕离子源68给粒径组31提供更多的电荷。另外，可根据将要在第一象限63内分离的颗粒材料调整电晕离子源68的定位至不同位置。
支承框架69包括一对静止不动的弧形导电板70，该一对导电板70相互面对且具有绕轴杆58及主体55间隔设置的对准间隔槽71。支承框架69终止于主体55的外鼓面54的上方且彼此隔开。多个彼此隔开的静电极72沿着主体55的长度延伸且位于板70的可供选择的相对槽71之间，该静电极72自该槽71接收它们的电荷。因为单个静电极结构的最高场强位于从主体55中心至该静电极中心的中线上，所以采用多个静电极72。由此，随着粒径组31与单个静电极之间距离的增大，场梯度迅速降低。于是，为分离细小至中等尺寸粒径组31，多个静电极的结构是优选的，因为这种结构提供更强且更广的静电场。
为防止在接触静电极72时电击触电且防止电弧放电，该彼此隔开的静电极72优选涂覆以聚四氟乙烯(未示出)。当然，可采用其它不导电聚合物来涂覆静电极72，例如PFE、尼龙和橡胶。可调整静电极72的数量以提供各种场强。如果需要的话，还可调整这种静电极的定位，以改变它们各自离外鼓面54的距离。例如，当粒径组31绕主体55转动时，应增加静电极72的数量。结果，由于自该静电极72发出更强的排斥力，就生成更强的场强以阻止细小至中等尺寸不导电颗粒材料74提前离开外鼓面54。此外，可以在单通道内使细小至中等尺寸导电颗粒73有效地移离外鼓面54。静电极72彼此隔开，且可分成更宽间隔的组77。
细小至中等尺寸导电颗粒材料73失去它们的电荷给主体55的接地外鼓面54，并利用静电极72牵引该颗粒材料73离开该外鼓面54。由此，利用离心力和重力使这种颗粒材料73移离外鼓面54，并朝向图1所示容器27抛出，从而收集或降落到对应的传送带(未示出)上以作进一步处理。
细小至中等尺寸不导电颗粒材料74依附在外鼓面54上且通常在静电极72之后保持在该外鼓面54上。这种不导电颗粒材料74将在静电极72之后依附在接地且导电的外鼓面54上。一旦转动超过第二象限的中间，不导电颗粒材料74就变得自由，从而在离心力和重力的作用下采取垂直轨迹离开接地的外鼓面54。
那些不采取垂直轨迹离开接地外鼓面54的不导电颗粒材料74经由其它装置例如交流(AC)弧刷78和可转动刷79移除。相应的，这种不导电颗粒材料74收集在对应的不导电容器27内，并利用隔板81和可调节分流件80引导该不导电颗粒材料74，使之与先前在静电极72作用下离开外鼓面54的导电颗粒73分开。
AC弧刷78一般位于第三象限65内、与外鼓面54隔开且一般位于这样一区域中，该区域远离细小至中等尺寸不导电颗粒材料74自接地外鼓面54落下的位置。由此，AC弧刷78通过向这种不导电颗粒材料74发射正和负电荷来中和该不导电颗粒材料74，从而移除仍然依附在外鼓面54上的大部分这种颗粒材料74。利用定位隔板81引导这种不导电颗粒材料74，并收集在对应的不导电容器27内或者降落到对应的传送带(未示出)上以作进一步处理等。
细长的可转动刷79一般位于第三与第四象限之间并与外鼓面54接合，以进一步移除在AC弧刷78之后仍然残留在该外鼓面54上的相当细小的不导电颗粒材料75。刷79被偏压向外鼓面54以相对于该外鼓面54提供一种均匀且微小的阻力。刷79同时还轴颈连接在用于支承其的轴承59中。可采用现有技术中已知的用于保持该刷79与外鼓面54持续接触的其它传统方式。刷79优选朝向与转动主体55相反的方向转动，以将不导电颗粒材料74排放到接收容器27内。当然，由于外鼓面54摩擦该刷79，可以不给该刷79供电，同时需要对隔板81进行某些变动或者可以重新定位该刷79以俘获排放物。在一种替换实施例中，刷79可以包括一种用于提供电荷的离子源(未表示)，从而进一步帮助把颗粒材料74移除外鼓面54。
现在参照图3a和5，第二路径52引导中等至粗大尺寸粒径组32从电晕分选器部13向下至第二或板电极式分离器部15。第二分离器部15与第一分离器部14并排设置，且朝相反方向延伸。第二分离器部15具有一种弧形、倾斜且电接地的板85，中等至粗大尺寸粒径组32自电晕分选器部13的通道33引导至该板85上。中等至粗大尺寸粒径组32由于重力在分流路径52上沿着接地板85的倾斜面向下移动。所示第二分离器部15的板85沿着第一分离器部14的主体55的大致形状延伸。当然，可改变板85的移动路径，而不脱离本发明的范围。优选利用可调节凸轮86支承该板85的底端，通过朝任一方面转动该凸轮86来枢转该板85以改变该板85的斜度。因此，板85的顶端可枢转地固定在适当位置，以允许凸轮86调节该板85的斜度。
中等至粗大尺寸导电颗粒材料76在受到产生于静电极87与接地板85之间的电场时通过感应获取表面电荷，而中等至粗大尺寸不导电颗粒材料75在接地板85上保持不被充电。中等至粗大尺寸导电颗粒材料76由于静电极87的电吸引而升离接地板电极85，从而与中等至粗大尺寸不导电颗粒材料75分离。这两个分离的粒径组75，76经由分流件18引入两条分离的路径内，并收集在两个对应的容器27(未示出)中或者降落在对应的传送带(未示出)上以作进一步处理等。
利用不导电的弧形端板90选择性地设置并保持静电极87，该静电极87自该弧形端板90接收它们的电荷，该弧形端板90位于接地板85的相对侧上且限定了间隔槽91。应注意的是，外鼓面54沿其转轴的长度与接地板电极85在平行于纵轴56的线上的长度通常相等，这样，组合分离器部14，15可以容纳引入到电晕分选器部13内的初始供给的全部颗粒材料16。
优选的，通过把细小至中等尺寸粒径组31引向第一滚动电极式分离器部14以及把中等至粗大尺寸粒径组32引向第二板电极式分离器部15，可把该粒径组31，32分离为导电和不导电粒径组73-76，该粒径组73-76分别指代细小至中等尺寸导电粒径组73、细小至中等尺寸不导电粒径组74、中等至粗大尺寸不导电粒径组75以及中等至粗大尺寸导电粒径组76。因此，由于这里所公开系统及方法的高效率，基本上消除了为有效分离颗粒材料16必须重复分离过程的现有技术缺点。
尽管已针对特定的具体实施例对本发明进行了描述，但应认识到在不脱离本发明实质的情况下，本领域技术人员可做出许多变形和改变。因此，所附权利要求书试图覆盖落在本发明实质与范围内的全部这种变形和改变。
权利要求
1.一种高压静电分选器和分离器，用于基于颗粒材料的尺寸和导电性分选和分离所述颗粒材料，所述分离器包括电晕分选器部，包括一细长通道，其具有大体平面的侧壁，所述侧壁限定了用于接收所述颗粒材料的第一端和用于根据尺寸把所述颗粒材料引向两个粒径组的第二端，以及电晕装置，其位于一个所述侧壁附近，用于沿水平方向给顺着所述通道落下的所述颗粒材料提供离子轰击，从而使得在所述颗粒材料经过所述通道的同时，中等至粗大尺寸的颗粒材料沿着更为大体垂直的方向移动且细小至中等尺寸的颗粒材料沿着不太大体垂直的方向移动，一分流件位于所述电晕装置的下游的所述通道内以朝向所述侧壁把所述中等至粗大尺寸的颗粒材料引入第一路径且朝向另一所述侧壁把所述细小至中等尺寸的颗粒材料引入第二路径；第一分离器部，用于自所述通道的所述第一路径接收所述细小至中等尺寸的颗粒材料，以及用于根据导电性分离所述细小至中等尺寸的颗粒材料，所述第一分离器部包括一细长的圆柱形主体，其具有一旋转纵轴和一基本平滑的外鼓面，用于在其上接收所述细小至中等尺寸的颗粒材料，用于绕所述纵轴转动所述主体的装置，轴杆装置，自所述主体的相对端部沿着所述纵轴向外延伸，一支承框架，设置在所述电晕分选器部及所述第一分离器部的外部，所述框架包括一对支承所述轴杆装置的轴颈以通常支承所述电晕分选器部于所述第一分离器部的上方，冠状装置，其由所述框架支承且与所述外鼓面隔开地位于所述外鼓面上方，该冠状装置向下游倾斜以防止所述细小至中等尺寸的颗粒材料堆积在所述外鼓面上，以及多个间隔开的细长静电极，它们靠近且沿着所述主体的所述外鼓面延伸并具有由所述框架支承的相对端部，所述多个静电极位于所述圆柱形主体的第一和第二象限内的选定位置处以提供一种静电场，从而使细小至中等尺寸的导电颗粒材料与所述外鼓面分离，同时细小至中等尺寸的不导电颗粒材料仍然依附在所述外鼓面上并随着所述主体的转动随后移离所述外鼓面；以及第二分离器部，用于自所述通道的所述第二路径接收所述中等至粗大尺寸的颗粒材料并把所述中等至粗大尺寸的颗粒材料分离为导电和不导电粒径组，所述第二分离器部包括一弧形的倾斜且接地的导电板以及多个在所述板附近及上方隔开设置的间隔电极，所述间隔电极用于产生一种电场以使所述中等至粗大尺寸的导电颗粒材料升离所述板，同时允许所述中等至粗大尺寸的不导电颗粒材料依靠重力在所述倾斜板上移动。
2.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，还包括一外壳，所述外壳具有多个细长的大体垂直部件，所述大体垂直部件各自的第一端与一底座件的对应拐角连接并自所述拐角延伸，所述外壳具有多个细长的大体水平部件，所述大体水平部件用于连接到所述多个大体垂直部件的对应第二端，这样所述外壳就限定了一在其内容纳所述第一和第二分离器部的空腔，所述外壳具有用于可拆卸地固定所述静电分离器于其上的且通常位于所述空腔内的装置。
3.如权利要求2所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述外壳是导电的。
4.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，还包括一筛网，所述筛网位于所述通道内且与所述分流件连接以促使所述中等至粗大尺寸的颗粒材料与所述细小至中等尺寸的颗粒材料分离，所述筛网具有使所述细小至中等尺寸的颗粒材料通过但阻止所述中等至粗大尺寸的颗粒材料通过的网面。
5.如权利要求4所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述筛网是不导电的。
6.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述分流件包括一上缘部和一通常与所述上缘部相对的可转动基座，所述上缘部用于支承通常在与所述一个侧壁连接的所述通道的相对的所述侧壁之间延伸的所述筛网，所述基座用于朝向和离开所述一个侧壁枢转所述分流件和所述筛网。
7.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述多个静电极中的每个都涂覆有一种不导电聚合物，以防止在接触时发生电击并防止电弧放电。
8.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述第一分离器部还包括一可转动刷，所述可转动刷通常位于第三与第四象限的中间，用于将任何残留的所述细小至中等尺寸的颗粒材料自所述外鼓面移除。
9.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，还包括一交流弧刷，所述交流弧刷通常位于第三象限内，用于将所述细小至中等尺寸的不导电颗粒材料自所述外鼓面移除。
10.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，还包括多个容器，所述容器通常位于所述高压静电分离器的排出物的下方且分别自所述第二分离器部接收所述中等至粗大尺寸的导电颗粒材料和所述中等至粗大尺寸的不导电颗粒材料以及自所述第一分离器部接收所述细小至中等尺寸的导电颗粒材料和所述细小至中等尺寸的不导电颗粒材料。
11.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述多个容器是不导电的。
12.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述分流件在一平行于所述主体的所述纵轴延伸的轴上是可调节的。
13.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述第一分离器部还包括一分流件，所述分流件与所述第一分离器部隔开设置且通常位于所述第二象限内以使所述细小至中等尺寸的导电颗粒材料与所述细小至中等尺寸的不导电颗粒材料分离，所述分流件在一平行于所述主体的所述纵轴延伸的轴上是可调节的。
14.如权利要求11所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述第一分离器部还包括一隔板，所述隔板与所述第一分离器部隔开设置且通常位于所述第三象限内以把所述细小至中等尺寸的颗粒材料引入所述多个容器中的对应一个内。
15.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述第二分离器部还包括一分流件，所述分流件间隔开地位于所述板与所述电极之间以使所述中等至粗大尺寸的导电颗粒材料与所述中等至粗大尺寸的不导电颗粒材料分离，所述分流件在一平行于所述主体的所述纵轴延伸的轴上是可调节的。
16.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，还包括一位于所述通道上方的储槽，所述储槽用于利用重力沿着所述通道的所述一个侧壁且与所述一个侧壁隔开地使其内的所述颗粒材料送进大体均等的细小颗粒流中。
17.如权利要求1所述的高压静电分选器和分离器，其特征在于，所述电晕分选器部还包括多个隔板，所述隔板沿着所述通道的所述长度延伸且在所述中等至粗大尺寸的颗粒材料的一般路径内相互隔开，所述多个隔板用于延缓所述中等至粗大尺寸的颗粒材料的下落。
18.在一种用于基于颗粒材料的尺寸和导电性分选和分离所述颗粒材料的高压静电分选器和分离器中，包括电晕分选器，包括一细长通道，其具有大体平面的侧壁，所述侧壁限定了用于接收所述颗粒材料的第一端和用于根据尺寸把所述颗粒材料引向两个粒径组的第二端，以及电晕装置，其位于一个所述侧壁附近，用于沿水平方向给顺着所述通道落下的所述颗粒材料提供离子轰击，从而使得在所述颗粒材料经过所述通道的同时，中等至粗大尺寸的颗粒材料沿着更为大体垂直的方向移动以及细小至中等尺寸的颗粒材料沿着不太大体垂直的方向移动，一分流件位于所述电晕装置的下游的所述通道内，用于朝向所述侧壁把所述中等至粗大尺寸的颗粒材料引入第一路径以及朝向另一所述侧壁把所述细小至中等尺寸的颗粒材料引入第二路径。
19.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，电晕分选器还包括用于自所述电晕分选器部接收所述细小至中等尺寸的颗粒材料和所述中等至粗大尺寸的颗粒材料以及用于把所述颗粒材料分离为多个不同粒径组的装置。
20.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述电晕装置包括多个隔离件，它们自所述一个侧壁起沿大体水平方向且在所述通道的相对的所述侧壁之间延伸；以及多个间隔开的电晕电极，它们邻近且沿着所述一个侧壁延伸并具有与所述多个隔离件连接的相对端部，从而使所述多个静电极与所述一个侧壁隔开。
21.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述多个隔离件是导电的，用于给所述多个电晕电极提供电晕电荷。
22.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述分流件在一大体平行于所述通道的长度延伸的轴上是可调节的。
23.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，还包括一位于所述通道上方的储槽，所述储槽用于利用重力沿着所述通道的所述一个侧壁且与所述一个侧壁隔开地使其内的所述颗粒材料送进大体均等的细小颗粒流中。
24.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述侧壁是导电的。
25.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，还包括一筛网，所述筛网位于所述通道内且与所述分流件连接以促使所述中等至粗大尺寸的颗粒材料与所述细小至中等尺寸的颗粒材料分离，所述筛网具有使所述细小至中等尺寸的颗粒材料通过但阻止所述中等至粗大尺寸的颗粒材料通过的网面。
26.在权利要求25所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述筛网是不导电的。
27.在权利要求26所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述分流件包括一上缘部和一通常与所述上缘部相对的可转动基座，所述上缘部用于支承通常在与所述一个侧壁连接的所述通道的相对的所述侧壁之间延伸的所述筛网，所述基座用于朝向和离开所述一个侧壁枢转所述分流件和所述筛网。
28.在权利要求18所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述电晕分选器还包括一外壳，所述外壳具有多个细长的大体垂直部件，所述大体垂直部件各自的第一端与一底座件的对应拐角连接并自所述拐角延伸，所述外壳具有多个细长的大体水平部件，所述大体水平部件用于连接到所述多个大体垂直部件的对应第二端，这样所述外壳就限定了一用于支承所述电晕分选器的空腔。
29.在权利要求28所述的高压静电分选器和分离器中，其特征在于，所述外壳是导电的。
30.一种用于分选和分离导电和不导电颗粒材料的方法，所述方法包括(a)使所述颗粒材料经过一非常靠近电晕源的通道，所述电晕源用于给所述颗粒材料充电；(b)根据尺寸对经过所述通道的所述颗粒材料进行分选，从而把所述颗粒材料引向分开的路径，其中，第一路径用于细小至中等尺寸的颗粒材料，第二路径用于中等至粗大尺寸的颗粒材料；(c)利用一旋转的圆柱形接地外鼓面把所述细小至中等尺寸的颗粒材料分离为导电和不导电粒径组，所述外鼓面用于运载经过电晕充电位置的细小至中等尺寸的颗粒材料，从而通过多个间隔开的静电极将导电的所述细小至中等尺寸的颗粒材料自所述外鼓面移除，而不导电的所述细小至中等尺寸的颗粒材料残留在所述旋转外鼓面上直至它们在所述外鼓面的全程旋转之前掉落或者移除所述外鼓面；(d)利用一弧形且倾斜的接地板把所述中等至粗大尺寸的颗粒材料分离为导电和不导电粒径组，这样，通过所述板的中等至粗大尺寸的导电颗粒材料由于多个间隔开的静电极的电场作用而升离所述板，从而与残留在所述板上且自所述板落下的中等至粗大尺寸的不导电颗粒材料分离，所述静电极沿着所述板位于所述板的上方且间隔开；以及(e)收集与所述不导电细小至中等尺寸的粒径组分离开的所述导电细小至中等尺寸的粒径组，以及与所述不导电中等至粗大尺寸的粒径组分离开的所述导电中等至粗大尺寸的粒径组。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括把一可调节分流件和一与所述分流件连接的筛网安装在所述通道内，以增强对细小至中等尺寸的颗粒材料与中等至粗大尺寸的颗粒材料的分选。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括安装一可调节分流件，所述分流件用于把所述细小至中等尺寸的颗粒材料引至一导电粒径组和一不导电粒径组。
33.如权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括安装一可调节分流件，所述分流件用于把所述中等至粗大尺寸的颗粒材料引至一导电粒径组和一不导电粒径组。
34.如权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤(e)包括把多个间隔开的容器放置在所述中等至粗大尺寸的导电颗粒材料和所述中等至粗大尺寸的不导电颗粒材料以及所述细小至中等尺寸的导电颗粒材料和所述细小至中等尺寸的不导电颗粒材料的对应路径的附近，以收集它们。
35.如权利要求30所述的方法，还包括(f)把一交流弧刷通常安装在所述第三象限内，位于所述外鼓面附近且间隔开，以将所述细小至中等尺寸的导电颗粒材料自所述外鼓面移除。
36.如权利要求30所述的方法，还包括(g)把一可转动机械刷通常安装在所述第三与所述第四象限之间，位于所述外鼓面附近且间隔开，以将所述细小至中等尺寸的不导电颗粒材料自所述外鼓面移除。
37.如权利要求30所述的方法，还包括(h)用一种不导电聚合物涂覆所述多个间隔开的静电极，以防止在接触时发生电击并防止电弧放电。
38.一种用于根据尺寸分选并收集颗粒材料的方法，所述方法包括(a)使所述颗粒材料经过一非常靠近电晕源的通道，所述电晕源用于给所述颗粒材料充电；(b)根据尺寸对经过所述通道的所述颗粒材料进行分选，从而把所述颗粒材料引向分开的路径，其中，第一路径用于细小至中等尺寸的颗粒材料，第二路径用于中等至粗大尺寸的颗粒材料；以及(c)收集所述经分离的细小至中等尺寸的粒径组和所述经分离的中等至粗大尺寸的粒径组。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括把一可调节分流件和一与所述分流件连接的筛网安装在所述通道内，以增强对细小至中等尺寸的颗粒材料与中等至粗大尺寸的颗粒材料的分选。
40.如权利要求38所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括把多个间隔开的容器放置在所述中等至粗大尺寸的导电颗粒材料和所述中等至粗大尺寸的不导电颗粒材料以及所述细小至中等尺寸的导电颗粒材料和所述细小至中等尺寸的不导电颗粒材料的对应路径的附近，以收集它们。
41.如权利要求38所述的方法，还包括(d)用一种不导电聚合物涂覆所述多个间隔开的静电极，以防止在接触时发生电击并防止电弧放电。
全文摘要
静电分选器和分离器由外壳支承且包括用于依据尺寸分选颗粒材料的电晕分选器部。电晕装置提供流动离子以轰击自一储槽顺着一条通道落下的颗粒材料。一分流件和筛网可包括在该通道内，以把该颗粒材料引至对应的粒径组。第一分离器部接收细小至中等尺寸粒径组，第二分离器部接收中等至粗大尺寸粒径组。一具有可调节槽的支承框架支承多个静电极。用于释放电晕电荷的电晕装置通常隔开地位于第一分离器部的第一象限内。可设置一可转动刷和一交流弧刷，以将细小至中等尺寸不导电粒径组移除第一分离器部。可设置额外的分流件和/或隔板，以帮助引导颗粒材料粒径组至对应的容器内、到传送带上等。在一种替换实施例中，可单独且独立于第一和第二分离器部地容纳和驱动该电晕分选器部。
文档编号B03C7/06GK1642654SQ03806474
公开日2005年7月20日 申请日期2003年4月9日 优先权日2002年4月10日
发明者埃里克·S·扬, 托马斯·J·格雷, 凯文·R·麦克亨利 申请人:奥托库姆普联合股份公司