(57)【要約】  本発明は、粒子混合物を第１の群と第２の群に分離するための方法に関するものであり、前記第１の群の粒子の導電率は前記第２の群の粒子の導電率よりも大きい。本発明の目的は、微細に挽かれた粒子混合物、とりわけ光電池モジュールまたはリチウムイオン電池からなる電子廃棄物を、経済的に分離できる方法を提供することである。前記目的は、ａ）導電率の異なる２つの粒子群を含む流動化粒子混合物を準備するステップと、ｂ）イオン化すべき空気を取り囲む少なくとも１つのコロナ電極によって前記空気を同相にイオン化するステップと、ｃ）イオン化された前記空気を前記流動化粒子混合物と混合し、同相にイオン化された流動化粒子混合物を獲得するステップと、ｄ）イオン化された流動化粒子混合物からなる前記第２の群の粒子を、前記イオン化された流動化粒子混合物に対して運動する集合電極に堆積させるステップと、ただし前記集合電極はアースされているか、または前記コロナ電極とは逆極性に荷電されており、ｅ）前記集合電極に付着した粒子を前記第２の群として取り除くステップと、ｆ）前記イオン化された流動化粒子混合物のうち前記集合電極に付着しない粒子を前記第１の群として獲得するステップと、を有する方法によって解決される。
2013537475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子混合物を第１の群と第２の群に分離する方法であって、前記第１の群の粒子の導電率は前記第２の群の粒子の導電率よりも大きい方法において、
ａ）導電率の異なる２つの粒子群を含む流動化粒子混合物を準備するステップと、
ｂ）イオン化すべき空気により取り囲まれた少なくとも１つのコロナ電極によって前記空気を同相にイオン化するステップと、
ｃ）イオン化された前記空気を前記流動化粒子混合物と混合し、同相にイオン化された流動化粒子混合物を獲得するステップと、
ｄ）イオン化された流動化粒子混合物からなる前記第２の群の粒子を、前記イオン化された流動化粒子混合物に対して運動する集合電極に堆積させるステップであって、前記集合電極はアースされているか、または前記コロナ電極とは逆極性に荷電されているステップと、
ｅ）前記集合電極に付着した粒子を前記第２の群として取り除くステップと、
ｆ）前記イオン化された流動化粒子混合物のうち前記集合電極に付着しない粒子を前記第１の群として獲得するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
流動化粒子混合物にはイオン化の前または後に空気流力が加えられ、運動する集合電極または不動の集合電極の方向に流体流として搬送される、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
イオン化は電荷管内で行われ、当該電荷管を通って流体流が案内され、当該電荷管内に前記コロナ電極が延在しており、
前記電荷管から流出するイオン化された流体流が前記集合電極に向けられ、
前記集合電極からはじき飛ばされた粒子が第１の群として回収され、
前記集合電極に付着した粒子が第２の群として当該集合電極から取り出される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
前記電荷管は絶縁材料からなる管であり、当該電荷管の中をワイヤとして構成されたコロナ電極が同心に伸長している、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、
前記電荷管は絶縁材料からなるスリットノズルであり、スパイクを有するワイヤ状のコロナ電極が前記スリットノズルの横断面にわたって伸長している、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の方法において、
流動化粒子混合物に空気流力が流体流の形成のために当てられ、
これにより、流入する圧縮空気が先細のノズルを通って、一方では電荷管に、他方では粒子混合物が準備された貯蔵庫に接続された混合室に注入され、混合室の通流横断面がノズルの合流横断面よりも大きくなる、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法において、
流体流が電気絶縁材料製のスリットノズルから流出し、
当該スリットノズルの近傍には少なくとも１つのコロナ電極が、前記流体流に対して横方向に伸長するワイヤの形態で、前記流体流のイオン化が前記スリットノズルから流出する際に行われるように配置されており、
前記スリットノズルから流出するイオン化した流体流が集合電極に向けられ、
当該集合電極からはじき飛ばされた粒子が第１の群として回収され、
前記集合電極に付着した粒子が第２の群として当該集合電極から取り出される、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項２から７までのいずれか一項に記載の方法において、
前記集合電極は不動の衝突プレートである、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項２から７までのいずれか一項に記載の方法において、
前記集合電極は、周回するベルトまたは周回するチェーンに固定された多数のプレートである、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項３から９までのいずれか一項に記載の方法において、
前記イオン化された流体流は前記集合電極に、当該イオン化された流体流が前記集合電極の表面に１８０°とは異なる角度、とりわけ９０°で当たるように向けられる、ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
前記流動化粒子混合物は静止の渦流ベッドであり、
前記集合電極は回転するドラムまたは周回するベルトであり、
前記ドラムまたはベルトは部分的に前記イオン化された流体化粒子混合物に浸漬されるか、または少なくとも当該流体化粒子混合物に接触し、
前記浸漬または接触する領域の外では、第２の群がベルトまたはドラムから取り除かれる、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
前記静止の渦流ベッドに空気学的に空気を当てることが一時的に中断され、
当該中断の間に、崩壊した渦流ベッドの粒子が第１の群として回収され、新たに準備された粒子混合物が投入される、ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、
前記流動化粒子混合物は移動する渦流ベッドであり、
前記集合電極は回転するドラムまたは周回するベルトであり、
前記渦流ベッドは前記ドラムまたはベルトの一部に沿って移動する、ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記渦流ベッドに空気流力が加えられ、これにより前記集合電極の方向へ移動運動される、ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の方法において、
前記渦流ベッドは傾斜した樋の中を運動し、当該樋の上方端部には分離すべき粒子混合物が供給され、下方端部では第１の群が回収され、
前記集合電極は周回するベルトとして構成されており、当該ベルトは運動する渦流ベッドに対して逆方向にまたは同方向に、一部区間に沿って前記樋の中を運動し、
前記ベルトは前記一部区間の外で、付着した粒子が第２の群として回収されクリーニングされる、ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の方法において、
前記渦流ベッドは傾斜した樋の中を運動し、当該樋の上方端部には分離すべき粒子混合物が供給され、下方端部では第１の群が回収され、
前記集合電極は周回するベルトとして構成されており、当該ベルトは運動する渦流ベッドに対して横方向に、一部区間に沿って樋の中を運動し、
前記ベルトは前記一部区間の外で、付着した粒子が第２の群として回収されクリーニングされる、ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか一項に記載の方法において、
前記コロナ電極は電気的に負に荷電されており、
前記集合電極はアースされるかまたは電気的に正に荷電されている、ことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１から１７までのいずれか一項に記載の方法において、
前記集合電極に付着した粒子を第２の群として取り除くことは、集合電極に衝撃負荷を与えることによって行われる、ことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１から１８までのいずれか一項に記載の方法において、
集合電極に付着した粒子を第２の群として取り除くことは、スクレーパーによって行われる、ことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１から１９までのいずれか一項に記載の方法において、
前記粒子混合物には流動化の前に機械的篩過程が施され、
その際に使用される篩は、２０から２７ｋＨｚの範囲の超音波振動により励振される、ことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１から２０までのいずれか一項に記載の方法において、
前記粒子混合物粉体化された電子廃棄物である、ことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、
前記電子廃棄物は光電池エレメントである、ことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法において、
前記電子廃棄物は電気化学的セルの電極、とりわけリチウムイオン電池の電極である、ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
電子廃棄物を分離する方法において、
ａ）電子廃棄物を準備するステップと、
ｂ）前記電子廃棄物を１００μｍ以下の粒径に挽き、粉体化された電子廃棄物を獲得するステップと、
ｃ）前記粉体化された電子廃棄物に空気力学的に空気を当て、流動化された粒子混合物を獲得するステップと、
ｄ）請求項１から２３までのいずれか一項に記載の分離方法を実行するステップと、
を有する、ことを特徴とする分離方法。
【請求項２５】
粒子混合物を第１の群と第２の群に分離するための装置であって、前記第１の群の粒子の導電率は前記第２の群の導電率よりも大きい装置において、
ａ）空気透過性であり、圧縮空気が当てられる底部であって、多数のコロナ電極の設けられた当該底部を備える少なくとも１つの傾斜した樋と、
ｂ）前記樋の上方端部に配置されており、前記粒子混合物を前記樋に投入するための調量装置と、
ｃ）前記樋の下方端部に配置されており、第１の群を回収するための回収部と、
ｄ）前記樋の中を部分的に移動する少なくとも１つの周回する回転体と、
ｅ）前記樋の外で前記回転体に配置されており、当該回転体に付着した粒子を第２の群としてはぎ取るためのスクレーパーと、
を有することを特徴とする分離装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置において、
前記回転体はベルトとして構成されており、周回するベルトが前記樋に沿って当該樋の上流側へ運動する、ことを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の装置において、
前記樋を横方向に通って運動し、それぞれベルトとして構成された複数の回転体と、
前記樋に対して平行に運動し、周回する少なくとも１つのクリーニングベルトと、を有し、
前記クリーニングベルトと前記回転体との交差領域に複数のスクレーパーが設けられており、当該スクレーパーは前記回転体に付着した粒子を第２の群として除去クリーニングし、前記クリーニングベルトに搬送のために供給する、ことを特徴とする装置。
【請求項２８】
粒子混合物を第１の群と第２の群とに分離するための、請求項２５から２７までのいずれか一項に記載の装置の使用方法であって、前記第１の群の粒子の導電率は、前記第２の群の粒子の導電率よりも大きい、使用方法において、
前記２つの群の粒径は１００μｍ以下である、ことを特徴とする使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子混合体を第１の群と第２の群とに分離するための方法に関するものであり、第１の群の粒子の導電率は第２の群の粒子の導電率よりも大きい。
【背景技術】
【０００２】
資源がますます不足しているので、廃棄物から原材料を回収することが経済的である。ここでとくに重要なのは、破棄された電子機器および電気機械、いわゆる電子廃棄物である。この種の製品の寿命サイクルは比較的短いため、電子廃棄物は大量にある。電子廃棄物のうち欲しい構成部分は銅、金のような電気導体の他にケイ素およびゲルマニウムのような半導体もある。これらの金属は非導電性プラスチックから取り出さなければならない。
【０００３】
エネルギー転換により、将来的には光電池モジュールおよび電気化学的セルからより多くの電子廃棄物が生じるであろう。光電池モジュールは太陽光線を電気エネルギーに変換するために用いられる。光電池モジュールはプラスチックの他に大きなエネルギーを消費して作製されたソーラーシリコンを含んでおり、これを回収すべきである。光電池モジュールは、効率が老化により低下するので制限された寿命を有する。
【０００４】
電気化学的セルとは、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することのできる装置である。たとえば一次バッテリー、二次バッテリー（アキュムレータ）、二層コンデンサおよび燃料電池である。電気自動車が増大することにより、リチウムイオン電池からなる電子廃棄物がますます増えることが予想される。リチウムイオン電池は、銅、アルミニウム、グラファイトおよびカーボンのような電気導体の他に、リチウム、コバルト、マンガンおよびニッケルのような高価な金属の非導電性酸化物を含んでいる。
【０００５】
電子廃棄物の高価な構成部分を回収するためには、できるだけ純粋に分類して分離する必要がある。このことは現在は、手作業で、燃焼または酸処理により化学的に、または種々の電子分離法により行われている。電子分離法は、物質の種々異なる導電率を分離基準として利用する。
【０００６】
特許文献１には、光電池モジュールの廃棄物を電子的に分離することが記載されている。そのためにコンタクト荷電の原理が利用され、分離すべき材料が逆相に荷電されたプレートコンデンサのプレート間に挿入される。ケイ素のような導電性粒子は電極と接触するとその電極の極性となり、その結果、電子が対向電極の方向に加速して放出される。対向電極に衝突すると、導電粒子は再びその極性を変化させ、逆方向に放出される。プレートを適切に配置することにより、コンデンサプレート間で往復する導電粒子が混合物から除去される。その間に光電池廃棄物の非導電性プラスチックは、その表面で電荷分離が行われるのでプレートに付着する。したがってコンデンサプレートをクリーニングすることにより、非導電性の粒群が得られる。
【０００７】
コンタクト荷電を行う装置では大きな接触面が必要であり、これは欠点である（スループットが小さいまたは装置構造コストが高い）。大きな欠点は、電極が汚染されるため急激にフラッシュオーバが生じることである。
【０００８】
異なる導電率を有する粒群を分離するために適する択一的手段はコロナ放電である。
【０００９】
ここでコロナ放電の概念は専門的意味で使用される。コロナ放電とは高電圧下にある電気導体を取り囲む流体のイオン化であり、火花放電または光アークを引き起こすためには導体から発する電界が過度に大きくてはならない。コロナ場に存在するすべての粒子はイオン化の際にその電気特性に関係なく同相に、技術的装置では通常負に荷電される。粒子の荷電は空気分子を介して間接的に行われる。粒子は、コロナ先端と集合電極との間の電界が非常に不均一であるため最初は負にイオン化される。すなわち、自由電子ともちろん空気中に存在するイオンとが電界線に沿って加速され、中性の空気分子に衝突する際にこれをイオンに分解する。これにより発生した二次イオンが電界線に沿ってさらに加速され、別の空気分子に衝突し、これをイオン化する。連鎖反応で多数のイオン化された空気分子が発生する。これらのイオン化空気分子は粒子の存在によって変形された電界線に沿って粒子の方向に加速され、空気中に存在する固体粒子に堆積し、これらに負の電荷を加える。
【００１０】
この関連で、電界線の発する電気導体がコロナ電極と称される。電界線の経過を最適化するためにコロナ電極は極端に湾曲されており、細いワイヤ、針先端または両者が組み合わされた針金形状に構成されている。流体は空気粒子混合体として存在する。
【００１１】
現在、電子分離法ではいわゆるコロナドラム分離器が使用される。この分離器はシュートを有し、このシュートの上を分離すべき材料が接線方向に回転ドラムへ滑り落ちる。接触点から大きく離れた部分では、電気的に負に荷電された針金状のコロナ電極がドラムに対して軸方向に延在する。ドラムは集合電極として用いられ、ブラシとして同時に用いられるスライド接点（炭素ブラシ）を介してアースされている。コロナ電極と集合電極との間には電界が形成され、この電界によって分離物がシュートからドラムの方向に導かされる。コロナ電極は空気分子をイオン化し、分離すべき粒子を接線領域で負に荷電する。ドラムに衝突する時、非導電性粒子はその電荷を維持し、一方、導電性粒子は集合電極の極性になる。したがって導電性粒子は集合電極から電磁的に放り出され、第１の容器に回収される。これに対して非導電性粒子はドラムに電磁的に付着し、約半周だけともに周回し、炭素ブラシによってこすり取られ、最後に第２の容器に回収される。
【００１２】
公知のコロナドラム分離器は、リチウムイオン電池および光電池モジュールからなる電子廃棄物からの分離にしか適しない。たとえばリチウムイオン電池は種々の材料からなる非常に密な実装体を有しており、そのためこれらの原材料の分離には粒の細かい粒子化が必要である。しかし従来のコロナドラム分離器はこのような微細粒子を処理することができない。その理由は、粒径が小さいことと、粒子重量が小さいことである。ドラムの周囲にドラムとともに周回する空気層が直接形成されると、集合電極との効率的な電気接触が阻止される。
【００１３】
特許文献２から、織物繊維をコロナ技術によって分離する装置が公知である。送風によって繊維がイオン化区間に搬送される。繊維の分離は周回する電極ベルト上で行われる。この方法の欠点は、搬送空気を当たる前に繊維が互いに塊状に絡まることがあることである。選択度がこれにより制限される。さらにこの装置では、繊維が空気流によって集合電極の接線方向に搬送されることが欠点である。それにより市販されている通常のコロナドラム分離器と同じように、集合電極とともに連行される空気層と繊維が接触し、そのため付着が生じ、選択度が損なわれる。
【００１４】
特許文献３には、粉状物のイオン化と流動化とを組み合わせた装置が記載されている。このために流体容器中では多孔性の流体底部の上方にコロナ電極が配置されている。圧縮空気が流体底部を下方から通流し、流体底部の上にある粉体層を流動化する。そして流動化した粉体のイオン化はコロナ電極によって行われる。
【００１５】
特許文献４には、回転ドラムまたは運動ベルトを被覆する方法および装置が記載されている。そのためにドラムまたはベルトが部分的に静止の渦流ベッドに浸漬される。この渦流ベッド内でコロナ放電によってイオン化された粒子が遠心され、層としてベルトまたはドラムに堆積する。粒子の分離は行われない。
【００１６】
特許文献５にも同様に、運動ベルトを被覆するための装置が記載されている。このために流体流がこれに対して横方向に延在するコロナ電極の前を通過し、被覆すべきベルトに堆積する。この装置にも分離機能はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】中国特許願第１０１６２３６７２号
【特許文献２】米国特許願第３３０８９４４号
【特許文献３】ドイツ特許第１０２００４０１０１７７号
【特許文献４】欧州特許第１３２１１９７号
【特許文献５】米国特許第７６２６６０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記従来技術を鑑み、本発明の基礎とする課題は、粒径の小さい粒子混合物、とりわけ光電池モジュールまたはリチウムイオン電池の電子廃棄物を経済的に分離することのできる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題は、請求項１による方法によって解決される。したがって本発明の対象は、粒子混合物を第１の群と第２の群に分離する方法であって、第１の群の粒子の導電率は第２の群の粒子の導電率よりも大きく、
ａ）導電率の異なる２つの粒子群を含む流動化粒子混合物を準備するステップと、
ｂ）イオン化すべき空気により取り囲まれた少なくとも１つのコロナ電極によって空気を同相にイオン化するステップと、
ｃ）同相にイオン化された流動化粒子混合物を維持しながら、イオン化された空気を前記流動化粒子混合物と混合するステップと、
ｄ）イオン化された流動化粒子混合物からなる第２の群の粒子を、前記イオン化された流動化粒子混合物に対して運動する集合電極に堆積させるステップと、ただし前記集合電極はアースされているか、または前記コロナ電極とは逆極性に荷電されており、
ｅ）前記集合電極に付着した粒子を第２の群として取り除くステップと、
ｆ）前記イオン化された流動化粒子混合物のうち前記集合電極に付着しない粒子を第１の群として回収するステップと、を有する。
【００２０】
本発明は、分離プロセス全体にわたって粒子混合物が流動化された状態で維持される場合にだけコロナ放電を粒子混合物の分離に効率的に使用できるという知識に基づくものである。このことは、粒子混合物の流動状態がプロセス全体で、すなわち準備の開始からイオン化中、そして集合電極に堆積するまで維持されなければならないことを意味する。準備の際に最初に流動化するだけでは不十分である。なぜなら粒子はイオン化までに再び塊状化するおそれがあり、このことはイオン化可能性やひいては選択度を損なう。
【００２１】
粒子混合物の流動化は、粒子層に圧縮空気を当てることによって行われる。流動化粒子混合物とは、中で粒子が散乱された、すなわち個別化された渦流空気である。これは粒子の塊状化を阻止する。流動化粒子混合物をイオン化することにより、混合物が分離のために活性化される。混合物のイオン化は、イオン化された空気分子によって行われる。この目的のために、流動化粒子混合物がイオン化された空気と混合される。粒子混合物の流動化と空気のイオン化は別個に行うことができる。同様に空気を流動化粒子混合物内で直接イオン化することもできる。後者の場合、コロナ電極が流動化粒子混合物により取り囲まれる。これによりとくに効率的なイオン化が可能である。
【００２２】
流動化粒子混合物は、渦流空気内の個々の粒子の運動は別にして、顕微鏡的に見て空間的に不動とすることができる。ここでは静止した渦流ベッドについて述べる。しかし流動化粒子混合物は、顕微鏡的に見て空間的に運動することもある。流動化粒子混合物が実質的にその長手伸長方向にしか運動しないのであれば、これはガスの流れと同等の流体流である。流動化粒子混合物が全体として、流動層内の個々の粒子の速度よりも格段に低い速度で運動すれば、これは移動する渦流ベッドである。移動する渦流ベッドと流体流との境界は必ずしも常に鮮明ではない。
【００２３】
同相にイオン化された流動化粒子は、逆相に荷電された集合電極に接触すると、その導電率に依存して異なる特性を示す。集合電極と接触すると、非導電性の粒子は粒子表面の電荷分極のため集合電極に付着する。導電性粒子は、集合電極と接触してもその極性を維持し、そのため集合電極から流動化粒子混合物に投げ返される。時間とともに非導電性粒子は流動化粒子混合物から集合電極に集まり、一方、流動化粒子混合物は次第に導電性の群から形成されるようになる。
【００２４】
この原理にしたがい、粒子混合物を効率的に分離するための種々の装置が実現され、この装置は基本的に以下のように構成することができる。
【００２５】
この分離プロセスを連続的に行うために、集合電極が流動化粒子混合物に対して移動され、これにより非導電性群が流動化粒子混合物から連続的に取り除かれる。流動化粒子混合物から非導電性物質が十分になくなると、この混合物が導電性群として回収され、新たな混合物により置換される。このことは、第１の群を連続的に取り出し、新たな混合物を追加することにより連続的に行うことができる。または流動化粒子混合物を連続的に交換することにより擬似連続的に行うことができる。
【００２６】
本発明の種々の実施形態は、イオン化された流動化粒子混合物と集合電極との相対運動の形成ならびにコロナ電極の形態の点で異なる。
【００２７】
混合物と集合電極との相対運動は、イオン化された流動化粒子混合物が静止の渦流ベッドとして留まり、集合電極がイオン化された流動化粒子混合物の中を、たとえば周回するベルト、プレートを有するチェーンまたはドラムとして運動することによって実現できる。
【００２８】
運動的に逆にすることによっても、イオン化された粒子混合物が粒子流として固定のプレートに向けられ、これを超えて運動するという解決手段を得ることができる。折衷的解決手段では、集合電極として高速に回転するベルトが緩慢に移動する渦流ベッドの中を運動する。
【００２９】
ここで集合電極はイオン化された流動化粒子混合物に浸漬されるか、または境界面に接触する。
【００３０】
コロナ電極は、集合電極の方向を指す少なくとも１つの先端を常に１つ有し、これにより集合電極の方向に大きな電界強度を発生する。コロナ電極は、ワイヤ、スパイクを備える「有刺鉄線」、または多数のスパイクを備えるプレートとして構成することができる。コロナ電極は、流体流／移動する渦流ベッドに対して縦方向または横方向に配置することができる。１つまたは複数のコロナ電極を設けることができる。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態は従属請求項に記載されており、以下、詳細に説明する。
【００３２】
好ましい実施形態では、イオン化された流動化粒子混合物は、運動するまたは運動しない集合電極に向けられた流体流である。流体流を形成するために、流動化粒子混合体に搬送方向で空気流力が与えられる。流体流は集合電極の個々の点に向けることができる。または集合電極上を流体流の通流方向に対して横方向に移動することができる。
【００３３】
別の有利な実施形態ではイオン化が電荷管で行われ、この電荷管の中を流体流が流れ、電荷管内にはコロナ電極が伸長しており、コロナ電極は電荷管から流出するイオン化流体流を集合電極に向け、集合電極から跳ね返された粒子が第１の群として回収され、集合電極に付着した粒子が第２の群として集合電極から取り出される。
【００３４】
この実施形態の利点は、混合物がコロナ電極に沿って強制的に供給され、イオン化した粒子流が集合電極に「打ち込まれる」ことである。このために流動化粒子混合物は空気により電荷管内を搬送され、この電荷管の中にはコロナ電極も伸長している。したがって粒子流は直接コロナ電極に沿って流れ、その結果、粒子流が逸れることなく粒子が強力にイオン化される。電荷管から流出する流れをできるだけ正面で集合電極に向けるべきであり、これにより粒子はかなりの衝撃で集合電極の表面に衝突する。すなわち粒子の衝撃は、たとえば集合電極の表面で障害となる流れに重畳することができ、とりわけ導電性粒子への跳ね返り作用を増大する。
【００３５】
この実施形態で粒子の荷電は次のようにして保証される。すなわち、電荷管の形状に起因して空気粒子混合物が強制的にコロナ帯電され、流動化と同相の荷電により粒子が個別に存在し、コロナ帯電と空気流に起因して粒子が対向電極に確実に接触することによって保証される。この３つの作用が粒子混合物の分離に重要である。
【００３６】
電荷管は好ましくは絶縁材料からなる管であり、この管の中をワイヤとして構成されたコロナ電極が同心に伸長する。
【００３７】
この実施形態は、粒子流中での粒子のイオン化が無視できる程度であることを保証する。この関連で同心とは、コロナ電極の先端が電荷管の延在方向を指すことを意味する。したがってコロナ電極は、コロナ電極の領域にある電荷管内での通流粒子の主方向ベクトルに対応する。
【００３８】
粒子混合物はこの実施形態では貯蔵庫に準備される。貯蔵庫は流体貯蔵庫として構成されており、このために空気の通過する材料からなる底部を有し、この底部を通って圧縮空気が充填される粒子混合物に均等に当てられる。このようにして圧縮空気は粒子をほぐし、流出する圧縮空気内で粒子を散乱させる。そして流動化し、粒子混合物は流れの力を加えることにより流体のように搬送される。流体貯蔵庫は従来技術から公知であり、たとえばドイツ特許第１０３２５０４０号に記載されている。
【００３９】
貯蔵庫から電荷管およびさらに集合電極への粒子混合物の空気力学的搬送は、好ましくは次のようにして行われる。すなわち、流入する圧縮空気が先細のノズルを通って、一方では電荷管に、他方では粒子混合物が準備された貯蔵庫に接続された混合室に注入され、混合室の通流横断面がノズルの合流横断面よりも大きくなるようにするのである。この方法は、粒子混合物を吸い出すためにベルヌーイ弁効果を利用するものである。流入する（清潔な）圧縮空気は、ノズルの横断面の狭窄によって速度が上昇し、この速度上昇は圧力降下を引き起こす。この負圧が、流動化粒子混合物を貯蔵庫から混合室に吸引するために使用され、そこで圧縮空気により粒子流と混合される。流動化混合物に空気の流れの力を加えるための搬送装置は、実際上、水流ポンプのように構成される。
【００４０】
しかしベンチュリノズルには、ノズルの横断面が時間とともに次第に摩耗し変化するという欠点があり、それにより速度が低下し、ひいては回収される混合物量も減少する。したがってベンチュリノズルの横断面を監視しなければならない。やはり少量の空気しか必要としない他の解決手段はいわゆる濃縮流搬送であり、粉体が送出容器と圧縮空気によって搬送される。濃縮流搬送のための適切なポンプがドイツ実用新案第２０２０００４０２１６２９号に開示されている。
【００４１】
本発明の同様の実施形態では、電荷管が絶縁材料からなるスリットノズルであり、その横断面を介してスパイクのあるワイヤ状のコロナ電極が伸長している。このようなスリットノズルにより、円形ノズルと比較して高いスループットが得られる。スリットノズルにはベンチュリノズルによって混合物が流体貯蔵庫から供給される。
【００４２】
本発明の択一的な実施形態では、流体流が絶縁材料製のスリットノズルによって供給され、スリットノズルの近傍には、流体流に対して横方向に伸長するワイヤの形態でコロナ電極が配置されており、コロナ電極は、流体流のイオン化がスリットノズルからの流出時に行われるように構成されており、スリットノズルから流出したイオン化流体流が集合電極に向けられ、集合電極から跳ね返された粒子が第１の群として回収され、集合電極に付着した粒子が第２の群として集合電極から取り出される。この構成の利点はスループットである。分離に適した装置は米国特許第７６２６６０２号に記載されている。
【００４３】
最も簡単なのは、集合電極を不動の衝突プレート（たとえば平坦なスチール板）として構成することである。このような集合電極により本方法は非連続的に実施される。衝突プレートにはイオン化粒子流がスプレーされ、そこに非導電性群の層が形成される。次に粒子流が停止され、衝突プレートに付着した非導電性群が取り出される。清掃された衝突プレートには新たに粒子流がスプレーされる。
【００４４】
集合電極を周回するベルトとして構成することにより、この方法を連続的に実施することができる。この場合、（金属）ベルトにたとえば引っ張りベルトの領域で粒子流がスプレーされ、空ベルトの領域で第２の群が取り除かれる。
【００４５】
多数の衝突プレートが周回するチェーンに固定された形態で、衝突プレートとベルトが連続的に動作する混合形態も考えられる。衝突プレートを備える周回するチェーンは、技術的にベルトと同等の択一的手段である。好ましくは衝突プレートの両側をスプレーすることもできる。
【００４６】
集合電極の各構成で重要なことは、コロナドラム析出の場合のように粒子が表面に対して接線方向に衝突しないことである。集合電極が移動する場合に障害となる通流作用の負の作用は、粒子が集合電極の方向にかなりの衝撃を有する場合にだけ排除することができる。このことは１８０°の接線方向での入射角では得られない。衝撃伝達は、集合電極の表面と粒子混合体の通流方向との角度が直交するようできるだけ鈍角である場合により良好に行われる。電界（および分離効果）は、負のコロナ電極と正のプレート電極との間隔が小さければ小さいほど強くなる。したがってコロナ電極から集合電極までの距離を小さく維持すべきである。電荷管が集合電極に対して角度を有していると、粒子がしたがう電界線の変化によって粒子に対して種々異なる経路長が生じる。したがって理想的には、電荷管またはノズルは集合電極に対して直角に配向される。少なくとも電荷管から流出する粒子流が集合電極の表面に１８０°以外の角度で衝突するように、電荷管から流出する粒子流の方向を電荷管に向けるべきである。
【００４７】
理想的には、電荷管またはノズルと集合電極とはコロナ電極に対して直交するよう配向される。なぜならこの場合に電界線と粒子流の通流経路とが平行に延在するからである。
【００４８】
とくに好ましい実施形態では、流動化粒子混合物は静止した渦流ベッドとして構成される。そのために集合電極の相対運動を形成するために、集合電極は回転ドラムまたは周回するベルトとして構成される。ドラムまたはベルトは部分的に渦流ベッドに浸漬されるか、または少なくとも渦流ベッドとの境界領域で渦流ベッドに接触され、浸漬領域の外では絶縁性の群がベルトまたはドラムから取り除かれる。この実施形態の利点は、少数の設備要素により工業的に重要な高いスループットが達成されることであり、これによりノズル装置の多重化と比較して動作確実性が向上する。なぜなら渦流ベッド装置は少数の可動部材で十分だからである。
【００４９】
静止の渦流ベッドはクリーニングの目的のために擬似連続的に駆動される。すなわち、静止の渦流ベッドに空気力学的に空気を当てることは一時的に中断され、この中断中に、崩壊した渦流ベッドの粒子が第１の群として回収され、新たに準備された混合物と交換される。この周期的な分離クリーニング運転によって大量の粒子混合物を処理することができる。
【００５０】
静止の渦流ベッドの代わりに、移動する渦流ベッドを設けることもできる。この場合、集合電極は回転ドラムとしてまたは周回するベルトとして構成され、渦流ベッドはドラムまたはベルトの一部に沿って移動する。この実施形態は、連続的な運転であるので非常に大きなスループットが可能であり、とくに好ましい。
【００５１】
移動ベッドを搬送するための重力が十分でない場合には、移動ベッドに付加的に空気流力が搬送方向で当たることができる。
【００５２】
渦流ベッドの移動運動は重力によって簡単に形成される。この目的のために渦流ベッドが傾斜した樋を通って運動する。この樋の上方端部には分離すべき混合物が供給され、その下方端部では第１の群が回収される。集合電極は周回するベルトとして構成されており、このベルトは運動する渦流ベッドに対して逆方向または同方向に、一部区間に沿って運動し、このベルトはこの一部区間の外で、付着した粒子が第２の群として回収され、クリーニングされる。この実施形態は、スループットと動作確実性との優れた妥協である。
【００５３】
樋とベルトを多重化することにより、スループット量をさらに上昇することが簡単にできる。そのために渦流ベッドは傾斜した樋の中を運動し、その上方端部には分離すべき混合物が供給され、下方端部では第１の群が回収される。この集合電極は周回するベルトとして構成されており、ベルトは運動する渦流ベッドに対して横方向に、一部区間に沿って樋の中を運動し、ベルトはこの区間の外で、付着した粒子が第２の群として回収され、クリーニングされる。
【００５４】
コロナ電極はすべての実施形態で好ましくは電気的に負に荷電すべきであり、集合電極は対応してアースすべきである。集合電極が電圧源の正極に接続されるとさらに良好に作用が達成される。なぜならこれによりコロナ電極と集合電極との電位差がさらに高まるからである。
【００５５】
すでに述べたように導電性粒子が集合電極から投げ出され、これに対して非導電性の第２の群が付着する。この粒子の取り出しは、一般的に集合電極に衝撃を与えることによって行うことができる。衝撃負荷は、ハンマーによるたたき落とし、振動による振り落とし、圧縮空気による吹き飛ばし、またはスクレーパーによるはぎ取り／そぎ取りによりもたらすことができる。
【００５６】
空気学的に空気を当てる前に混合物を篩に掛けると、選択度をこれにより上昇させることができる。篩過程は好ましくは篩で行われ、篩の低周波の篩運動には２０から２７ｋＨｚの範囲の超音波振動が重畳される。篩工程にとくに適しているのは、誘導性に超音波励振されるタンブラー選別機であり、たとえばドイツ実用新案第２０２００６００９０６８号から公知である。好ましくは網目幅が約８０μｍの篩本体が使用される。これにより１５００ｋｇ／ｈ＊ｍ２までの高い篩能力が達成される。理想的な網目幅は粒子混合物の組成に依存する。
【００５７】
超音波篩の利点は、流動化すべき混合物が均一の粒径を得ることである。したがって、篩を通過させ上限のある粒径にしてから流動化に移行する。篩をオーバフローした混合物は渦流ベッドに投入されない。流動化の前に大きな粒子を篩にかけることは粒子混合物のイオン化も改善する。すなわち大きな粒子には、小さな粒子よりも多くの空気イオンが堆積する。大きな粒子を篩で除去しないと、この大きな粒子がイオン化の際に優先されることとなる。超音波励振は妨害粒子の形成を阻止する。すなわち選別機には網目幅より格段に大きくない粒子だけが投入される。
【００５８】
篩分離法とコロナ分離法とを上手く組み合わせる際の重要な側面は、２つのステップを厳密に分離することである。たとえば篩底部を同時に集合電極として使用することによって、２つのステップを統一することは目的に適わない。実験により、このことは妨害粒子の形成を助長し、篩のクリーニングを格段に困難にすることが示された。静電力のため導電性の小さい粒子が篩底部に強力に付着し、篩を急速に詰まらせてしまう。したがってこの種の装置による連続的運転はほとんど不可能である。米国特許願２００４／００３５７５８号に紹介された荷電された篩を備え得る装置はこの点で拒絶すべきである。
【００５９】
基本的に本発明の方法は、導電性が異なる粒子群を有する粒子混合物を分離するのに適する。本発明の分離方法を上手く実施するための前提条件はもちろん、分離すべき混合物を流動化できることである。このことは１００μｍの粒径内で得られる。本方法は、物質群が微細群であり、除去すべき群の密度が物質群の密度より低い場合、またはその反対の場合（物質群が粗い群である場合に、除去すべき群が高い密度を有している）に有利に使用される。
【００６０】
本発明は、粉状の電子廃棄物の分離にとくに適することが示された。電子廃棄物を、前記パラメータを維持する流動化可能な形態にもたらすため、電子廃棄物が従来の破砕機により破砕され、引き続き従来のミル機により挽かれる。すり砕かれた電子廃棄物の粒径が１００μｍを上回ってはならない。
【００６１】
したがって本発明の電子廃棄物の分離方法は、
ａ）電子廃棄物を準備するステップと、
ｂ）電子廃棄物を１００μｍ以下の粒径に挽き、粉状の電子廃棄物を獲得ステップと、
ｃ）粉状の電子廃棄物に空気力学的に空気を当て、流動化した粒子混合物を得るステップと、
ｄ）前記のように分離方法を実施するステップと、を有する。
【００６２】
粉状の電子廃棄物の第１の群は電気導体および／または半導体からなる。これはたとえばＦｅ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ、Ａｕのような金属またはＳｉのような半導体金属とすることができる。電気導体として電子廃棄物中のカーボンまたはグラファイトもある。
【００６３】
粉状電子廃棄物の第２の群は、非電気導体からなる。これらはプラスチック、ガラスまたはセラミック、とりわけ酸化金属である。
【００６４】
ここで概念「電気導体」および「電気非導体」は狭義に理解すべきではないことを述べておく。もちろん絶縁体も非常に僅かであるが電流を導通する。本発明に重要なことは、第１の群の粒子が第２の群の粒子よりも高い導電率を有することである。したがってここで電気非導体について述べるときは、粒子混合体の中で他の粒子よりも低い導電率を有する群であると理解すべきである。
【００６５】
電子廃棄物が使用済みの光電池エレメントである場合、第１の群は太陽電池シリコンを含み、一方、第２の群は実質的にプラスチックとなる。本発明は、すり砕いた光電池モジュールの分離にとくに適する。
【００６６】
同様に本発明は、電気化学的セル、とりわけリチウムイオン電池のすり砕いた電極を分離するのにも適する。
【００６７】
電子廃棄物がリチウムイオン電池の使用済み電極である場合、第１の群はアルミニウム、銅、グラファイトおよびカーボンを含み、一方、第２の群は高価な酸化金属とプラスチックを含む。
【００６８】
本発明では、粒子混合物が導電率の異なる２つ以上の粒子群を有することができる。
【００６９】
このような場合、分離方法を多重に実施する必要がある。第１または第２の群がまだ十分に均質でなければ、最終的に純粋に分類された第３および第４の群を得るために、それぞれの群に別の分離ステップを実施することができる。
【００７０】
たとえばリチウムイオン電池廃棄物の第１の群を第２のステップで、一方ではアルミニウムと銅に、他方ではグラファイトとカーボンに分離することができる。第３のステップと第４のステップでアルミニウムを銅から、またグラファイトをカーボンから分離することができる。重要な分離基準は導電率が異なること、および粒子の密度である。
【００７１】
光電池モジュールからなる廃棄物が太陽電池シリコンとプラスチックの他に銅製の金属接続線路（コンタクト）を含む場合にも同じように行わなければならない。
【００７２】
混合物に含まれる群の導電性が適切に相互に離れていれば（たとえば非電気導体、半導体、導体）、１つのステップで３つの群に分離することができる。そのような場合、半導体は非導電性群と同じように集合電極に付着するが、付着力は弱い。したがって非導電性群と半導体群とで引き離すのに必要な力が異なる。除去クリーニングのために、たとえばドラム状の集合電極を所定の回転数で回転することができる。これにより半導体は遠心力によって再び集合電極から投げ出される。しかし非電気導体は付着し続け、スクレーパーによって初めて集合電極から除去される。この場合、３つの群を回収しなければならない。第１の群、電気導体は集合電極から直ちに投げ出され、第２の群、非電気導体はスクレーパーによって集合電極から取り除かれ、第３の群、半導体は短時間付着した後に集合電極から再び投げ出される。
【００７３】
択一的に、回転する集合電極をステップ毎に異なる強度のクリーニングブローまたは吸引ノズルにより除去クリーニングすることができる。
【００７４】
本発明の対象は、粒子混合物を第１の群と第２の群に本発明により分離する装置でもある。ここで第１の群の粒子の導電率は第２の群の導電率よりも大きい。
【００７５】
この種の装置は以下の構成的特徴を有する。
ａ）空気が通過し、圧縮空気が当てられる底部を備える傾斜した少なくとも１つの樋であって、多数のコロナ電極が儲けられている樋、
ｂ）前記樋の上方端部に配置されており、粒子混合物を前記樋に投入するための調量装置、
ｃ）前記樋の下方端部に配置されており、第１の群を回収するための回収部、
ｄ）部分的に前記樋内を運動する、少なくとも１つの周回する回転体、
ｅ）前記樋の外で前記回転体に配置されており、当該回転体に付着した粒子を第２の群としてはぎ取るためのスクレーパー。
【００７６】
回転体とは周回する集合電極であり、ベルト、プレートを有するチェーン、または回転ドラムとして構成することができる。
【００７７】
このような装置の利点は、非常に微細な粒子混合物の分離が可能なことである。従来のコロナドラム選別機は、１００μｍ以下の微細な粒子を処理することができない。したがって本発明の装置により、微細な粉体化を必要とする電子廃棄物でも分離することができる。
【００７８】
したがって本発明の対象は、粒径が１００μｍ以下の粒子混合物を分離するための装置の使用法でもある。
【００７９】
装置のとくに有利な実施形態では、周回するベルトは樋に沿って樋の上流に移動する。この装置は渦流ベッドを運動させるために重力を利用する。したがってとくに動作確実性が高い。この装置の能力は、次のようにして向上させることができる。すなわち、樋に対して横方向に延在するそれぞれベルトとして構成された複数の回転体と、樋に対して平行に延在して周回する少なくとも１つのクリーニングベルトとを有し、クリーニングベルトと回転部との交差領域にスクレーパーを設け、このスクレーパーが回転部に付着した粒子を第２の群として除去クリーニングし、搬出のためクリーニングベルトに供給することによって向上させることができる。
【００８０】
集合電極の絶縁層を連続的に除去クリーニングすることは分離機能に対して非常に重要である。なぜならこれにより、コロナ場内で強力な電界と中断のないイオン流が保証されるからである。両者は工業的基準で信頼性のある分離動作を保証するために必然的に必要である。
【００８１】
本発明のさらなる実施形態とその特徴は、とくに有利な実施例の以下の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１の群の衝突プレートと回収部にスプレーする様子の基本図である。
【図２】第２の群の回収部の基本図である。
【図３】多数のスプレーおよびクリーニングステーションを備える分離装置の概略図である。
【図４】スリットノズルとワイヤ状のコロナ電極とプレート状の集合電極とを備える分離装置の基本図である。
【図５】コロナ電極の形状を示す図である。
【図６】図４と同様であるが、長手に傾斜して周回するベルトを集合電極として有する分離装置の基本図である。
【図７】図４と同様であるが横に傾斜して周回するベルトを集合電極として有する分離装置の基本図である。
【図８】出口にスリットノズルとコロナワイヤを有する分離装置の基本図である。
【図９】図８と同様であるが周回するベルトを集合電極として有する分離装置の図である。
【図１０】静止した渦流ベッドの基本図である。
【図１１】移動ベッドと、集合電極として周回するベルトとを有する分離装置の基本図である。
【図１２】複数の移動ベッドとベルト状の集合電極とクリーニングベルトとを有する図１１の分離装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１と２は、本方法を実施するための試作構造を示す。粒子混合物１が貯蔵庫２から提供される。貯蔵庫２は流体貯蔵庫として構成されており、粒子混合物を流動化することができる。粒子混合物は、非導電性粒子（白抜きの円により図示されている）と導電性粒子（黒塗りの点により図示されている）とからなる。スプレー装置３は混合室４を有し、混合室には新鮮な圧縮空気５が先細のノズルを介してブローされる。吸い込み管７が混合室４を貯蔵庫２に接続する。同様に混合室４には電荷管８が接続されており、この電荷管の中をコロナ電極９として用いられる針金状のワイヤ（直径１ｍｍ以下）が同心に延在している。電荷管８は内径が約２ｃｍの円形断面を有するパイプである。前記の寸法は実験室尺度である。工業的尺度での分離装置は電荷管とコロナ電極に対してより大きな直径を有することができる。コロナ電極９はスプレー装置３の他の構成部材に対して電気的に絶縁されており、とりわけ非電気導体から作製された電荷管８に対して絶縁されている。
【００８４】
電荷管８の開口部は、集合電極１０として用いられるスチール板製の衝突プレートに向けられている。集合電極の表面は、電荷管８またはコロナ電極９の軸に対して約９０°に配向されている。したがってコロナ電極９と集合電極１０との間の電界線は、電荷管８から集合電極の方向への粒子流の通流経路に対して平行に延在している。
【００８５】
スプレー装置とは反対側の集合電極１０には空気力学的に駆動されるハンマー１１が取り付けられている。集合電極１０の下方には、第１の群１３用の受け皿１２と、第２の群１５用の受け皿１４が配置されている。
【００８６】
空気力学的に搬送するために、ノズル６には圧力が６ｂａｒで約４ｍ３／ｈの容積流の圧縮空気５が印加される。圧縮空気を貯蔵庫２の底部を通して供給することにより、粒子混合物が貯蔵庫２内ですでに流動化され、これにより粒子と空気との均質な混合が保証される。ノズル６が先細の横断面を有するので、圧縮空気はノズル６の出口までに強く加速される。混合室４の横断面が拡張されていることにより、圧縮空気６の圧力は混合室４内で急速に低下し、これにより負圧が発生する。この負圧が粒子混合物１を、吸い込み管７を介して混合室４に吸い込む。そこで圧縮空気５と粒子混合物１が１つの粒子流１６に混合され、この粒子流は電荷管８を通って集合電極１０の方向に混合室４を去る。その前に粒子流１６は３０ｋＶの高圧のコロナ電極９に触れており、それにより粒子流１６の空気分子と混合粒子は負に荷電される。集合電極１０の表面に対して約９０°の角度に配向された電荷管８から粒子流１６は＋１２ｋＶに荷電された集合電極１０にスプレーされる。空気を通る粒子流１６の自由経路は約１００から２００ｍｍである。
【００８７】
負に荷電した粒子がアースされた集合電極１０に衝突すると直ちに分離が行われる。導電性粒子（黒）はその入射角に対応して集合電極からはじき出され、第１の受け皿１２に集まる。一方、非導電性粒子（白）は集合電極１０に付着したままである。
【００８８】
約２０から６０秒後に集合電極１０は非導電性粒子により占有される。次に圧縮空気６とコロナ電極の高電圧が遮断され、ハンマー１１が操作される（図２）。ハンマーは集合電極１０に約３秒間、衝撃負荷を与え、この衝撃が第２の群を集合電極１０から解き放ち、第２の受け皿１４に落下させる。
【００８９】
そして第１の受け皿１２には約４０ｇの第１の導電性群１３が、第２の受け皿１４には約１１０ｇの非導電性群１５が存在する。この収量のために、２０×３０ｃｍの面積の集合電極１０に２０秒間、１０回スプレーされ、その際に電荷管は集合電極１０に対して、電極間隔は同じにしたまま運動する。
【００９０】
適切にスケールアップすることにより、とりわけスプレー装置３のスループット量を増大し、運動する集合電極に連続的に被覆し、クリーニングすることにより、大量の粒子量に対して分離能力を向上させることができる。電荷管のセットを水平方向に配置し、このようなセットを垂直方向に複数配置することにより、電荷管の数を倍増することもできる。
【００９１】
スループット能力の高い分離装置の種々の実施可能性について以下、概略図面に基づいて詳細に説明する。
【００９２】
図３は、複数のスプレーステーション１７と、集合電極としてエンドレスに周回するベルト１８を有する連続的な実施形態を示す。ベルトの代わりに閉じたチェーンを設けることもでき、チェーンの環には集合電極としてのプレートが配置される。各スプレーステーション１７は、並列動作する多数のスプレー装置３を有する。スプレー装置は、上記の図１と２で説明したように構成することができる。ベルト１８はスプレーステーション１７を通過し、その時に分離すべき粒子の粒子流が大面積で当てられる。第２の群はベルト１８に付着し、第１の群ははじき飛ばされ、下方に落下し、スプレーステーション１７の領域で回収される（図示せず）。第２の群が付着したベルト１８はさらにクリーニングステーション１９に走行し、ハンマー１１および／またはブラシセット２０によって除去クリーニングされる。ハンマーは周回するチェーン上にあるプレート状の集合電極を除去クリーニングするのに適し、ベルトを除去クリーニングするにはスクレーパーまたはブラシを使用するのが好ましい。第２の群はクリーニングステーション１９で回収される（図示せず）。そしてベルトは次のスプレーステーション１７に走行し、さらにクリーニングステーション１９に走行する。エンドレスに周回するベルト１８はこのようにして交互に粒子がスプレーされ、再び除去クリーニングされる。
【００９３】
図４は、長手のスリットノズル２１を有する択一的なノズル構成を示す。左には正面図が、右には側面図が示されている。スリットノズル２１を通って粒子流１６が流出する。イオン化は、多数のスパイク２３を有するワイヤ状のコロナ電極２２によって行われる（図６参照）。ワイヤ状のコロナ電極２２はスリットノズル２１の開口部にわたって延在している。すなわち粒子流１６の通流方向に対して横方向に延在している。粒子流１６は集合電極１０に向けられており、この集合電極はスリットノズル２１に対して平行に延在する平坦な衝突プレートの形態にある。集合電極の除去クリーニングはハンマー１１によって行われる。
【００９４】
図５は、スパイクを有するワイヤ状コロナ電極の種々の構成形態を示す。
【００９５】
図６は、連続的に動作する分離装置を得るために、図４の不動の集合電極１０をエンドレスに周回するベルト１８によってどのように置換することができるかを示す。斜視図の右上には、第１の群１３が吸い込みノズル２４によって回収されることが示されている。付着する第２の群１５はベルト１８とともに図示しないクリーニングステーション（たとえばスクレーパーまたはブラシ）にさらに走行する。
【００９６】
図６の左下に示された装置の側面図から、なぜ第１の群１３がベルトの走行方向とは逆に吸い込みノズル２４に移動し、一方、付着した第２の群１５はベルト１８とともに走行するのかが分かる。すなわちベルト１８は長手方向に傾斜して配置されており、上に向かって走行する。したがって付着しない粒子１３はベルト１８の走行方向とは逆に、下流に配置された吸い込みノズル２４の方向に滑り落ちる。
【００９７】
図７によれば、周回するベルト１８は横方向にも傾斜することができる（ベルトは図平面に入るように運動する）。スリットノズル２１を介して供給される粒子の第１の群１３は、ベルト１８から横方向に落下して回収される。
【００９８】
図８は、スリットノズル２１を有する別の変形構成の側面図である。粒子流１６はスリットノズル２１を通って集合電極１０の方向に流出する。ワイヤとして構成された２つのコロナ電極９が、スリットノズル２１のごく近傍領域で粒子流１６の通流方向に対して横方向に延在している。実際にはこのような分離装置は、特許文献４に記載された被覆装置のように構成される。
【００９９】
図９は、図８に示したスリットノズル２１を有する実施形態の変形を示す。ここでは集合電極がエンドレスに周回するベルト１８であり、その引っ張りドラムとフリードラムとが垂直方向に配置されている。このベルトには、スリットノズル３２により動作する多数のスプレーステーション１７が設けられている。詳細にはワイヤ状のコロナ電極９がここではスリットノズル２１の出口に配置されており、すなわち粒子流１６の中に直接延在する。付着しない粒子１３はスリットノズル２１の下方に配置された受け皿１２によって回収され、第２の群１５を得るためにスクレーパー２６によるベルトの除去クリーニングが行われる。
【０１００】
図１０から１２は、ノズルから流出する流体流ではなく、渦流ベッドにより動作する分離装置を示す。
【０１０１】
図１０は渦流ベッドの基本状態を示す。混合物１が、空気には透過性であるが、粒子は通ることのできない流体底部２７に投入される。流体底部２７は通常、線維性の平面構造物または多孔性もしくは穿孔されたプレートである。したがって流体底部２７は、それぞれ約２０μｍの直径の多数の空気通過部を有する。流体底部２７には下方から圧縮空気５が当てられる。圧縮空気５は空気通過部を通り、流体底部２７上に静止する粒子に当たり、これを無秩序に攪拌して渦流ベッド２８にする。渦流ベッドは制限された領域で流体底部２７の上に延在する。渦流ベッド２８は位置的に変化せず、渦流ベッド２８内で粒子が移動するだけであるから、ここでは静止の渦流ベッドについて述べる。
【０１０２】
渦流ベッド内では粒子が空気中に散乱されている（個別化されている）。これは凝縮するのを阻止する。個別化され、圧縮空気５により流動される粒子は、渦流ベッド２８内に延在する多数のコロナ電極９によって良くイオン化される。コロナ電極９は、特許文献３に記載のように流体底部に配置されるか、または特許文献２から公知のように流体底部の上方に配置される。後者の場合、イオン化された流動化粒子を得るための空気のイオン化、粒子混合物の流動化、およびイオン化された空気と流動化された粒子混合物との混合は、１つのステップで行われる。
【０１０３】
択一的にイオン化と流動化を２ステップで行うこともできる。そのためにまず圧縮空気がイオン化され、流動化のために粒子にイオン化した圧縮空気が直接当てられる。この場合、コロナ電極は流体底部のすぐ下方に配置される。したがって圧縮空気は流体底部から粒子混合物に流出する直前にイオン化される。
【０１０４】
多数のコロナ電極９が中に伸長する渦流ベッド２８は、いわば、束ねられた多数の微少のスプレー装置である。
【０１０５】
渦流ベッドまたは少なくとも渦流ベッドの境界面を通して集合電極１０が案内され、この集合電極に非導電性粒子が堆積する。第２の群１５を回収するために、集合電極は渦流ベッド２８から取り外され、除去クリーニングされる。第１の群は渦流ベッド２８に留まる。時間とともに第２の群１５は渦流ベッド２８から少なくなり、したがって渦流ベッドでは導電性群の割合が上昇する。したがって渦流ベッド２８を連続的にクリーニングし、新たな混合物を増やさなければならない。このために適切な時間インターバル後に圧縮空気の印加が遮断され、流体底部２７が第１の群１３を回収するためにクリーニングされ、新たな混合物１が投入される。連続的に動作しない場合には、その間に集合電極１０を第２の群１５の回収のためにクリーニングすることができる。そして空気力学的に空気を当てることが再開され、分離プロセスが新たに開始される。しかし連続的動作の方がこのバッチ動作より好ましい。
【０１０６】
高いスループットで完全に連続動作する分離装置は、移動する渦流ベッドによって実現することができる。移動する渦流ベッド、略して移動ベッド２９は静止の渦流ベッド２８とは移動ベッドが全体で移動する点で異なる。それにもかかわらず、移動ベッドの全体運動速度は渦流ベッド内の粒子運動と比較して緩慢である。しかし流体流の通流速度と比較して移動ベッドは緩慢に移動する。
【０１０７】
移動ベッド２９は最も簡単な場合、重力によって運動する。このために１０から１５°だけ水平に対して傾斜した樋３０に流体底部２７が設けられており、この流体底部には下方から圧縮空気５が当てられる。図１１参照。流体底部２７にはコロナ電極が組み込まれている。樋３０の上端部に新鮮な粒子混合物１が投入される。重力によって、イオン化した流動化粒子混合物が移動ベッド２９として樋３０を落下する。このとき第２の群１５はエンドレスに周回するベルト１８に堆積する。このベルト１８の一部は樋３０に沿って移動ベッド２９の運動方向とは逆に、移動ベッドを通って上流に回転する。ベルト速度は約１０ｋｍ／ｈである。高いベルト速度により、粒子混合物のクリーニングの際に高い工業的スループットが保証される。非導電性群の平均的処理量約０．２ｋｇ／ｍ２（上記実験）、ベルト幅１．５ｍ、速度１０ｋｍ／ｈにおいては、移動ベッドが１つだけでも得られる非導電性群は約３ｔ／ｈであると予想される。樋３０を通過する際に移動ベッド２９では徐々に第２の群１５が増大する。したがって樋３０の下方端部で導電性粒子が流出し、これが第１の群１３として回収される。第２の群１５はスクレーパー２６によってベルト１８から取り除かれる。クリーニングされたベルト１８は移動する渦流ベッド２９に回転して戻る。
【０１０８】
図１２は、移動ベッド２９とベルト１８により集合電極として動作する図１１の装置が、その樋とベルトおよびそれらの並列化によってどのようにスループットを増やすことができるかを示す。
【０１０９】
図１２の平面図から、平行して延在する複数の傾斜した樋３０に、平行して延在する複数のベルト１８が交差していることが分かる。金属製ベルト１８が集合電極として使用され、樋３０を通って横方向に、その中の移動ベッド２９を通過するように回転する。ベルト１８は非導電性群を移動ベッドから横方向に運搬し、クリーニングベルト３１と交差する。クリーニングベルトは傾斜した樋３０の間に交互の平行に配置されている。ベルト１８とクリーニングベルト３１との交差領域にはそれぞれ１つのスクレーパーが配置されており、スクレーパーはベルト１８から非導電性粒子を取り除き、非導電性粒子をクリーニングベルト３１に移送する。エンドレスに周回するクリーニングベルト３１は第２の群１５を連続的に運び去り、その間に第１の群１３は分離装置を傾斜した樋３０の下方端部で去る。
【符号の説明】
【０１１０】
１  粒子混合物
２  貯蔵庫
３  スプレー装置
４  混合室
５  圧縮空気
６  ノズル
７  吸い込み管
８  電荷管
９  コロナ電極
１０  集合電極
１１  ハンマー
１２  第１の受け皿（第１の群用）
１３  第１の群
１４  第２の受け皿（第２の群用）
１５  第２の群
１６  粒子流
１７  スプレーステーション
１８  集合電極としてのベルト
１９  クリーニングステーション
２０  ブラシセット
２１  スリットノズル
２２  プレート状のコロナ電極
２３  スパイク
２４  吸い込みノズル
２６  スクレーパー
２７  流体底部
２８  （静止の）渦流ベッド
２９  移動する渦流ベッド／移動ベッド
３０  樋
３１  クリーニングベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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