(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子の混合物の構成成分を分離するためのベルト式分離装置であって、
長手方向中心線（２５）に対して上下に配列された第１の電極（１６）及び第２の電極（１２）であって、当該電極間に電場を形成している第１及び第２の電極と、
前記第１及び第２の電極間に前記長手方向中心線に対して上下に配置され且つ同長手方向中心線に沿って長手方向に互いに反対方向に移動する向流移動ベルト区分を提供する構造とされたベルト（３０）であって、粒子混合物の構成成分を、前記第１の電極と第２の電極との間を長手方向に沿って搬送できるようになされたベルトと、を含み、
前記ベルトは、前記粒子混合物の構成成分が透過できる複数の開口を備え、同開口の各々のベルト移動方向先端に、当該ベルトの移動方向に向かって前記長手方向中心線に対して鋭角の角度をなす面によって形成された先端偏向面（４６）を有している、分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分離装置であって、
前記先端偏向面が耐摩耗性の非導電性材料によって作られている、分離装置。
【請求項３】
請求項１に記載の分離装置であって、
前記先端偏向面が、オレフィンモノマーの重合物を含む材料によって作られている、分離装置。
【請求項４】
請求項１に記載の分離装置であって、
前記先端面が、フルオロポリマー及びポリアミドからなる群からの一以上の重合物を含む材料によって作られている、分離装置。
【請求項５】
請求項１に記載の分離装置であって、
前記先端偏向面の各々の前記鋭角が、１０〜６０°の範囲の角度（９９）を形成している、分離装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分離装置であって、
前記先端偏向面の前記鋭角が１５〜４５°の範囲にある、分離装置。
【請求項７】
請求項１に記載の分離装置であって、
前記先端偏向面の前記鋭角が、前記向流移動ベルト区分（１９及び１７）間の接触を低減するように選択された角度である、分離装置。
【請求項８】
請求項１に記載の分離装置であって、
前記先端偏向面の各々の前記鋭角が、ベルト式分離装置の処理量を最大化すること、ベルト式分離装置の時間に対する処理能力を最大化すること、及び特定の粒子の混合物を分離する能力を最大化すること、のうちの一以上を達成するために選択された角度である、分離装置。
【請求項９】
請求項１に記載の分離装置であって、
分離された粒子の混合物が、フライアッシュからの炭素、炭酸塩からの酸不溶性鉱物、炭酸塩からの着色鉱物、並びに炭素からのタルク、アッシュ及び硫黄含有鉱物からなる群から選択される、分離装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の分離装置であって、
前記向流移動ベルト区分が、前記先端偏向面によって、長手方向中心線から離れる方向に反らされるようになされている、分離装置。
【請求項１１】
長手方向中心軸線に対して上下に対向して配置された一対の対向電極面（５０及び５１）間に設けられれた当該一対の対向電極面間距離に比して長い長手方向に沿った細長い長手方向寸法を有する分離チャンバ内に入れられた粒子混合物を分離する方法であって、
前記対向する電極面間に電場を印加し、
前記粒子混合物を、前記対向電極面間で互いに反対方向に移動する搬送部材（３０）によって、当該搬送部材によって形成される互いに反対方向に向流移動する２つの流れ内で機械的に搬送することからなり、
前記搬送部材は、前記粒子混合物の構成成分が透過できる開口を備え、同開口の搬送部材の移動方向先端に、当該搬送部材の移動方向に向かって前記長い中心線に対して鋭角の角度をなす面によって形成された先端偏向面（４６）を有している、分離方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の分離方法であって、
前記搬送部材が開口した格子構造のエンドレスベルトである、分離方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の分離方法であって、
前記先端偏向面の各々が、電極面のうちの一つに隣接するように前記搬送部材上に配置され且つ隣接する電極面に対して鋭角（９９）を形成している、分離方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の分離方法であって、
前記先端偏向面の前記鋭角が、隣接する電極面から離れる方向に向けられている、分離方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の分離方法であって、
前記搬送過程において、前記先端偏向面の前記鋭角によって同搬送部材を前記隣接する電極面に衝突させる作用力がもたらされる分離方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の分離方法であって、
前記作用力が、対向する電極面間において反対方向に動く搬送部材の種々の区分同士の接触を防止するのに十分である、分離方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の分離方法であって、
前記先端偏向面の前記鋭角が１０〜６０°の範囲内にある、分離方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の分離方法であって、
前記先端偏向面の前記鋭角が１５〜４５°の範囲内にある、分離方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載の分離方法であって、
前記互いに反対方向に移動する搬送部材が反対方向に動く向流移動区分（１７及び１９）を含んでいる、分離方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の分離方法であって、
前記向流移動区分が、前記搬送部材の長手方向中心線（２５）から離れる方向に反らされる、分離方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、概して、粒子の電荷に基づいて粒子混合物を分離するために移動ベルトを利用するベルト式分離装置に関し、より特定すると、高い分離収量、処理量及び／又は純度を得るために粒子に横方向モーメント成分を付与するための改良されたベルト構造に関する。
発明の背景
ベルト式分離装置（ＢＢＳ）は、表面接触（すなわち、摩擦電気作用）による異なる成分の電荷に基づいて粒子混合物の成分を分離するために使用される。米国特許第３，０９２，２７７号は、静電分離装置２０を開示している。静電分離装置２０は、第１のコンベアベルト２４の一端において材料を受け取り、材料のうちのいくらかを排出のためにベルトの幅を横切って移動させる細長い水平ユニットであり、残りの材料は、排出のためにベルトの長さに沿って長手方向に動かされる。搬送プレート３２は、ベルトを支持し且つ電極を形成している。第２の電極プレート３７は、ベルトの上方に取り付けられている。静電電位がプレート間にかけられ、ベルトは、電極プレート間に誘電性の面を形成している。ベルト上で静電的に励起された材料は、一般に、粒子の密度、電導度及び粒子の大きさに依存してそれ自体層状に分かれる。ベルトの幅を横切る空気流の動きは、ベルトの幅を横切ってベルト上の不所望な粒子を排出ベルト５５へとシフトさせる。所望の物質は、ベルト２４上に残ったまま水平方向に移動せしめられ、最終的にシュート６２内へと排出される。
米国特許第４，４５１，３５７号は、ほぼ台形の閉じた経路の周囲に設けられたエンドレス分離ベルト１４を開示している。静電電荷が分離ベルト１４に近接して発生される。流動化された空気がベルトを通って上方に通過し、このベルトは砂利を流動化させ且つ金属成分を引き付け且つ保持するように機能する静電電荷又は電位をベルト１４に近接して形成する。また、ベルトに静電荷を付与するために、電荷発生装置１０が使用されても良い。金属成分は、流動化された砂利の流れがベルトを横切って下方に流れる間に保持される。
図１は、米国特許第４，８３９，０３２号及び第４，８７４，５０７号において開示されているようなベルト式分離装置１０を示しており、これらの米国特許は、その番号を記すことによってその内容が本明細書に組み入れられている。ベルト式分離装置１０は、長手方向軸線２５によって規定される長手方向に配列された平行に隔置された電極１２及び１４／１６と、同隔置された電極間を長手方向に動くベルト１８と、を含んでいる。ベルトは、一対の端部ローラー１１，１３によって駆動される連続的なループを形成している。粒子混合物は、電極１４と１６との間の供給領域２６においてベルト１８上に装荷される。ベルト１８は、電極１２と１４／１６との全長に沿って粒子混合物の成分を運搬するために、反対方向に動く逆流移動ベルト区分１７と１９とを含んでいる。
電極１４／１６に印加される電位と反対の極性の電位を電極１２にかけることによって、電極１２と１４／１６との間に横方向に電場が形成される。例えば、電極１２は正の電位を有し、電極１４／１６は負の電位を有する。粒子混合物の成分がベルト１８によって電極に沿って運ばれると、粒子は帯電し且つ電場によって装置１０の長手方向中心線２５を横切る方向の力を受ける。電極１２が正に帯電され、電極１４／１６が負に帯電されると、電場は、正に帯電した粒子を電極１４／１６に向かって移動させる一方で負に帯電した粒子を電極１２に向かって移動させる。最終的に、各粒子は、粒子の電荷の符号のみならず電極１２の帯電符号に依存して、製品取り出し部２４と廃棄物取り出し部２２とのうちの一方に向かって運ばれる。
粒子が発生する電荷は、該粒子が引き寄せられる電極の極性、従って、ベルト１８が粒子を運ぶ方向を決定する。この電荷は、物質の相対的な電子親和力、すなわち、粒子の表面から電子を取り去るのに必要とされるエネルギの関数（すなわち、粒子の仕事関数）によって決定される。２つの粒子が接触すると、より高い仕事関数を有する粒子は、電子を獲得して負に帯電し、一方、より低い仕事関数を有する粒子は、電子を失って正に帯電する。例えば、鉱物酸化物粒子は比較的高い仕事関数を有し、炭素核種は比較的低い仕事関数を有する。従って、装置１０におけるこれら２つの粒子の分離においては、炭素は正に帯電し、一方、鉱物酸化物は負に帯電する。
典型的には、炭素から鉱物酸化物を分離するときには、装置１０は、ベルト１８が図１に示されるように反時計方向に移動されるように配置される。電極１４／１６（ベルト区分１９に隣接している）は負の電位にあり、電極１２（ベルト区分１７に隣接している）は正の電位にある。このような構造においては、正に帯電した粒子はベルト区分１９によって製品取り出し部２４へと移動せしめられ、一方、負に帯電した粒子はベルト区分１７によって廃棄物取り出し部２２に移動せしめられる。
ベルトの移動方向及び／又は電極の極性を変えることによって、ベルト装置１０を３つの他のモードで作動せしめることができる。第２のモードの動作においては、ベルト１８は時計方向に動き、電極１２は正の電位にあり、電極１４／１６は負の電位にある。第３の動作モードにおいては、電極１２は負の電位にあり、電極１４／１６は正の電位にあり、ベルト１８は時計方向に動く。一般的に、正に帯電した製品粒子に対しては第１の動作モードが好ましく、一方、負に帯電した製品粒子に対しては第３の動作モードが好ましい。
ベルトタイプの静電分離装置の別の重要な特徴は、ベルトが電極を掃引してきれいにし且つ電極上の物質の層の付着を防止することができることである。この点に関して、ベルトは、粒子、電極及び反対方向に動くベルト区分との接触により高い摩擦力を受け且つ使用中に長手方向に（端部ローラー間で）実質的にピンと張られた状態に引っ張られる。このことは、常に分離の質に悪影響を及ぼし得るベルトの摩擦につながる。
ベルトによって生じる２つの作用すなわち物質の搬送及び電極の清掃は、両方とも、分離の質にとって重要であることが知られている。電極が帯電せしめられると、ベルト１８は電極に平行に且つ電極内に対称的な電場を形成するので、装置１０の結合構造は、中心線２５に対してほぼ対象である。しかしながら、電極が上記したように反対の極性に帯電せしめられると、この装置１０内に非対称が導入される。更に、粒子混合物の構成成分の帯電によって、非対称が形成される。類似しない電荷を有する構成成分の静電分離をもたらすのはこれら２つの非対称である。
典型的には、対称的な作用すなわちそれらの静電電荷に拘わらず粒子に影響を及ぼす作用は、改良された分離のような非対称な結果物を産しない。しかしながら、驚くべきことに、本発明によれば、対称的な帯電であると考えられるものが、分離の質に対する著しく積極的な作用を形成することが判明した。
発明の概要
本発明に従って、粒子混合物の構成成分を分離するためのベルト式分離装置が提供される。一つの実施形態においては、装置は、長手方向中心線の両側に配列された第１及び第２の電極を含んでおり、これらの電極は、電極間の空間内に電場を形成する。向流移動ベルト区分を備えたベルトが、第１及び第２の電極間を長手方向に移動することができ且つ先端の偏向面を有する。この偏向面は、粒子混合物の構成成分と接触し且つ長手方向中心線に向かう横方向のモーメント成分を構成成分に付与する。
特定の実施形態においては、先端偏向面は、電極間を長手方向に移動し且つ分離装置内の粒子と接触する実質的に開口した搬送ベルトの一部分を形成している。この先端面は、例えば、１０〜６０°の範囲、より好ましくは、１５〜４５°の範囲内で、ベルトの移動方向に対してほぼ鋭角の全長（ｏｖｅｒａｌｌ）を形成している。驚くべきことには、延長された作動期間の後においても分離収量及び純度に著しい低下がないように時間に対する装置の安定性が改良されることが分かった。
ベルト式分離装置によって粒子混合物の構成成分を分離するための方法も提供され、この方法は、構成成分を先端の偏向面に接触させて構成成分に装置の長手方向中心線に向かう横方向の合計モーメント成分を付与する段階を含んでいる。
これらの及びその他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明空より特定的に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、公知のベルト式分離装置の一般的な形状を示している側方断面図であり、
図２は、図１に類似しているが、本発明による改良されたベルト構造を有するベルトを利用しているベルト式分離装置の拡大部分断面図であり、
図３Ａは、本発明による新規なベルトの一部分の頂面図であり、
図３Ｂは、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿った断面図であり、
図４は、図２に類似しているが、逆流移動ベルト区部の曲がり（ｂｏｗｉｎｇ）を示している拡大部分断面図であり、
図５は、従来技術によるベルト構造と本発明によるベルト構造とを比較した図であり、
図６は、本発明による偏向面を備えた物と備えない物との結果を比較した、処理される累積重量の関数としての分離した製品の不純物含有量のグラフであり、
図７は、電極間に０．９６５センチ（０．３８０インチ）のギャップ空間を備え、本発明による偏向面を有するベルト及び有しないベルトに対する、ベルト速度の関数としての分離製品の不純物成分のグラフであり、
図８は、約１．０６７センチ（約０．４２０インチ）の電極間ギャップ空間を備え、本発明による偏向面を有するベルト及び有しないベルトに対する、ベルト速度の関数としての分離製品の不純物成分のグラフである。
詳細な説明
本発明は、静電分離方法において使用するための改良されたベルトに関し、このベルトは、
時間に対するより高い処理安定性を有すること、
ベルト速度及び電極間ギャップに対する処理性能の感応性が低いこと、
より高い純度でより高い収量を得ること、
のうちの一以上を提供する所望の結合構造の特徴を有する。
以下の説明において、処理性能は、以下の３つの特性のうちの１つ以上に関して規定することができる。
収量：製品の流れにおいて回収される入力の流れの特定の構成成分の分数
純度：所望の成分によって構成される多数成分からなる製品の流れのパーセンテージ、及び
処理量：分離装置に入る多成分の供給物の時間当たりの質量又は重量
これらのパラメータは、物質についての考慮（ｍａｔｔｅｒ  ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ）を維持することによって相互に関係付けることができる。
既に説明した摩擦電気による分離方法においては、電極間の領域は、供給成分の混合物が分離される場所である。通常は、供給物の一以上の成分が製品内で除去され（減じられ）、廃棄物の流れの中で濃度が増す（増加せしめられる）。電極間空間は、分離、収量及び処理量の鋭さに影響を及ぼすかもしれない。ギャップの０．０２５４ミリ（１ミル）当たりのボルトで表された電極間の静電場は、分離をもたらす主たる駆動力である。しかしながら、電極間に達成される電圧の高さの程度には、事実上の制限がある。その結果、ベルト間ギャップが大きくなればなるほどより高い収量率が可能であるけれども、（一定の電極間電圧においては）ギャップが広げられると、電場の強度が低下する。
ベルトは、粒子の引っ張りコンベアとして機能する。潜在的な収量の限度は、ベルト速度、ギャップ幅及び流動化された粒子上のベルトの引っ張りによって決まる。広いギャップにおいては、より適正な製品の流れ（供給物又は廃棄物）を得るためには、粒子は、電極の表面から装置の長手方向中心線に至る領域を横切らなければならない。この距離を横切って移動することができる粒子の速度は、それらの電気的易動度（及びそれらの質量）によって制限される。ギャップが広くなればなるほど、ますます多くの粒子がこの距離を移動することができずに間違ったホッパー内へと運ばれる。この結果、分離の質が低下する。
しかしながら、本発明に従って、長手方向中心線への粒子の移動を容易にするベルトが設けられる。このベルトは、より広い電極ギャップが使用されるのを可能にして、より高い収量率をもたらす。
市販されているベルト式分離装置における重要な考慮すべき点は、ベルトの使用可能寿命期間である。理想的には、この方法は、使用期間を通して材料の供給の流れの管理されていない処理を可能にし、この期間中の分離の一貫した質及び率を提供し、供給物の流れに広範囲の変動を許容し、極めて多量の供給物を処理して、処理される材料の１トン当たりの極めて低いコストを提供する。この目的は、従来のベルトによって達成するのは難しかった。
種々の方法を使用して種々の材料によってベルトが製造されてきた。一般的には、従来技術によるベルトは、接着剤接合、熱溶着又はその他の方法によって結合してエンドレスベルトにした織物によって作られてきた。これらのベルトは、一般的には、前方又は後方ベルト移動方向のどちらに移動されるときにも同様に機能する。
従来の公知のベルトは、
擦ることによる摩耗による短いベルト寿命、
ベルトの分離力が時間と共に低下すること（すなわち、”処理の不安定”）、及び異なったタイプの供給物の処理ができないこと、
のような多数の制限的な特性を呈していた。
例えば、フライアッシュ（発電工業の副産物）から未燃焼の炭素を取り除く方法は、商業的に重要度が高い。この点に関して、”困難な”供給物は、フライアッシュ中に極めて高いパーセンテージの未燃焼炭素を含んでいるかもしれず、これは、電極間に極めて狭いギャップを使用すること、極めて遅い供給速度、より高い作動電極電圧又はこれらの組み合わせを必要としていた。多くの例においては、このタイプの供給物が処理されるときに、低い製品収量及び魅力のない処理の経済性という結果となる。このような”難しい”供給物の処理中にベルト速度が増されると、ベルトの摩耗及び機能の寿命が同様に悪影響を受けるかもしれない。
これらの問題点の全ては、公知のベルト式分離装置の使用を制限してきた。現存のベルトにおいては、一貫した分離性能を維持するためには、頻繁なプロセスオペレータの介入に対する機会（すなわち、電極ギャップ、ベルト速度、供給速度、作動電圧等の調節）がしばしば必要とされてきた。しかしながら、ベルト式分離装置の手を触れないオペレータが不要な動作は、作動過程のコストを下げる労働力の低減又は低技術労力の使用を許容するので極めて望ましい。
本発明は、上記の問題点を解決するための望ましい結合構造特性を備えたベルトを提供する。一般的に、これは、より高い収量でより高い純度の製品をもたらすより効率の良い分離を可能にする。これはまた、ベルトの使用によって、よりよい処理安定性すなわち時間に対する分離の一貫性をも提供する。これはまた、ベルトの摩耗の低下及びより長いベルト寿命をも提供する。これはまた、電極ギャップの設定及びベルト速度に対する処理の依存度をより少なくするかもしれない。更に、これは、与えられた機械の大きさに対して、処理される材料の１トン当たりのより高い材料処理速度及び低い作動コストを可能にするために、より広い電極ギャップによる材料の処理を可能にするかもしれない。
ベルトの望ましい結合構造の特徴は、ベルト要素上に配置され且つベルトの動く方向と整合していない”先端偏向面”として規定されている。このような面は、ベルトの作動方向に関して全体として横方向の成分を有し且つ以下において便宜上”横方向”要素と称される。このような部材は、ベルトの面に対して鋭角で横たわっている。ゼロ角度は、先端面をベルト面内に置く。９０°の角度は、先端面をベルト面に対して直角に置く。間に挟まれた角度は、ベルトの動作方向であるがこれら２つの両極端間の位置で先端面を狙っている。
広範囲のベルト構造が先端偏向面を提供することができる。しかしながら、これらは、共に、向流移動ベルト区分間の領域に向かって粒子を電極面から離れるように指し向ける作用を有する。これらは全て、横方向の速度成分すなわち電極面に直角な方向の成分を付与する。比べると、従来技術におけるベルトは、粒子をベルトの移動方向に対して平行に移動させる。
先端偏向面を備えたベルトは、ベルトが前方及び逆方向に移動するように作られている場合には同じレベルの性能を提供しない。特に、先端面がベルトの移動方向に”狙われている”場合には、先端偏向面を備えたベルトは、劇的に改良された性能を提供し、一方、反対方向に動くベルトによる性能特性は、改良されず又は従来技術のベルトの典型的なものである。同様のことを除雪機に対しても引き出すことができ、これは、先端面の形状及び移動方向の両方ともが犂面に関して考慮されるときにのみ最も良く機能する。
先端の偏向面を備えたベルトは、多くの理由からベルトの分離性能を高めることができる。本質的な理由としては、
電極面の掻き取り、清掃及びこのようにして電極間の粒子にかかる電場の作用を高めること、
ベルトが高速で移動するときに発生され、分離装置中を移動する粒子に力を付与して、粒子を電極表面から静電分離が最も効果的な向流移動ベルト区分間の領域へと移動させる流体力学的な力、
２つの向流移動ベルト区分を装置の中心線から離れる方向に分離させて（すなわち”反らせて手”）相互の接触の頻度を減らす高いベルト速度において発生される流体力学的な力、がある。
図２は、図１と類似しているが、本発明の新規なベルト３０を利用しているベルト式分離装置の拡大部分断面図である。図３Ａにはベルト３０の一部分の頂部平面図が示されており、図３Ｂには先端偏向面を示している断面図が示されている。
より特定すると、上方ベルト区分１９は、上方電極１６に隣接していて右方向（矢印２８の方向）に移動する。ベルトは、上方電極面５０から離れた状態で示されているけれども面５０と接触する場合が多い上方面３１を有している。同様に、下方ベルト区分１７は、下方電極１２と隣接して矢印２９の方向に動く。同様に、ベルト区分１７の下方面３１は、電極１２の面５１と接触する場合が多い。
図３Ａは、電極面５０及び５１と係合するベルトの一部分の頂面３１を示している頂面図である。ベルトは、ほぼ矩形の開口した格子又は平行な隔置された区分３１と、これを横切る平行な隔置された交差区分３３と、を備えた四角形のマトリックスとして形成されている。この四角形の開口は、粒子がベルトを通って装置の長手方向中心線２５に向かって移動するのを可能にするように、交差区分３１と３３との間の空間３４である。区分３１は、本発明による先端偏向端縁４６を画成しており、この端縁４６は、図２に示されているように、長手方向中心線２５に対してベルトの移動方向に（矢印２８又は２９によって示されている）ほぼ鋭角θ（符号９９が付されている）を形成している。電極面５０及び５１をきれいにし且つ粒子に中心線２５に向かう横方向のモーメント成分を付与するのはこれらの面４６である。
図３Ｂは、ベルト区分３１のより特定した断面図であり、この図において、先端偏向面４６は、最も下方の点４７から最も上方の点４８まで延びており、先端偏向面４６に沿った短い線は、偏向（接触）面４６による粒子へのモーメント成分の伝達を示唆している。先端面４６の反対側は後縁面４４である。ベルトの移動方向（図３Ｂにおける２８）に対する先端面４６の角度は面４６の長さに沿って変化するけれども、ベルトの移動方向２８を横切る矢印４２によって示された全横方向成分が存在する。これについては、図５に関して以下に更に詳細に説明する。
図４は、逆方向移動ベルト区分が長手方向中心線２５から離れて分離又は反らされて、ベルト区分間の接触回数を減らし摩耗を減らす上記した流体力学的な力を示している。図４は、図２と類似しているけれども、端部のローラーの対５２及び５３の間において上方ベルト区分１９と下方ベルト区分１７とが長手方向中心線２５から離れて電極面５０及び５１に向かわせられることを示している。
より特別には、ほとんど全ての材料に対して一般的に真実であるように、プラスチック対プラスチックの摩耗（すなわちプラスチックのベルト区分１９がプラスチックのベルト区分１７に対して摩耗すること）が、プラスチック対非類似材料の摩耗、例えば、プラスチックのベルト区分１９が電極１６の同一でない電極材料に対する摩耗よりも遥かに迅速に起こる。ベルト式分離装置のためには、ベルト式分離装置のエンドレスループ形状は、必ず、プラスチック対プラスチックの摩耗が起こる場合には、ベルト対電極の摩耗よりも大きい摩耗を生じる。摩耗の良く認識されている物理的特性は、この特性が接触圧と摺動速度との積に依存することである。特に摩耗の機構に依存して、与えられた材料の摩耗率（除去される重量）は、積ＰaＶbに依存するかもしれない（式中、Ｐは圧力、Ｖは２つの摺動材料の相対速度）。指数ａ及びｂは、摩耗モードに依存して１又は１以上である。
従って、ベルト式分離装置におけるプラスチックベルト対プラスチックベルトの過剰な接触の結果、劇的に高い摩耗率及び短いベルト寿命を生じ得る。本発明のベルトの結合構造は、逆方向に動くベルト区分が使用時に相互に離れる方向に動くのを可能にするので、ベルトは、低いプラスチック対プラスチックの摩耗を受け、従って、より長い寿命を示す。
本発明の優れたベルトの結合構造の利点を実験的に評価する種々の方法があり、この方法として、
第１の方法は、ベルト式分離装置に一定の供給速度で一定の供給材料の流れを供給し、次いで、材料の処理において、ベルトのタイプを変更し且つより鋭い分離及びより高い製品収量を捜すことであり、
第２の方法は、与えられたベルトの寿命に亘って分離の質を測定すること及び時間と共に収量又は分離が低下を受けるか又は一貫しているかを判定することであり、
第３の方法は、移動するベルトがより効率良く粒子を面から分離することにより、よりきれいな電極を観察し、それによって、より良い分離を推断することであり、
第４の方法は、与えられたベルトによる処理のために、分離製品の所望の純度を規定し、次いで、材料の処理速度に増加があるか否かを判定するために別のベルトを装着することであり、
第５の方法は、与えられた供給物内の不純物（除去されるべき成分）の最大量を達成し、規定された製品の純度を達成するために現存のベルトを使用してこのような供給物の流れを処理すること、ベルトを替えること、及び供給物内により高い不純物のレベルが許容できるか否かを判定することであり、
第６の方法は、（分離の鋭さ、収量及び処理量がほぼ等しいと仮定して）ベルトの作動寿命を判定することである。
図６〜８に示し且つ以下の例において説明するグラフは、本発明の改良された結合構造が如何にこれらの利点を提供するかを示している。
例１
本発明のベルトは、従来の等方性のベルトと比較して、実験室的な作動においてベルト式静電分離装置のより安定した動作を提供する。図６においては、４つの異なるベルトによる一連のテストラン中に生産された製品の不純物含有量のグラフが示されている。各符号は、単一の試験によって産した製品の分析結果を示している。２つの軸線は、処理された材料の累積量と精製された製品の不純物含有量である。これらの試験は、試験規模の分離装置において、実際規模の分離の作動状態にできる限り近く模倣するために行われた。４つの線は、製品の純度レベルが時間と共に変化するときにその純度レベルの累積的な傾向を示している。
上方電極及び下方電極９５／９６間において逆方向に動く２つの代表的な向流ベルト区分９７／９８の断面が５Ｅに示されており、先端（接触）面に陰が付されている。試験された４つのベルトＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの断面が各々５Ｂ〜５Ｄに示されている。ベルトＡ及びＣは、同じ材料の２つのベルトであるが異なる方向に作動されている。同様に、ベルトＢ及びＤは、同じ材料であるが２つの異なる向きに作動せしめられている。Ａ，Ｂ及びＣの結合構造は、ほぼ丸味を付けて形成されており且つベルトの動作方向において鈍い鈍角の先端面を提供している。逆に、ベルトＤは、粒子を電極の近くの領域から分離装置の中心部分に向けて偏向させる先端偏向面を提供している。
図６における４つの線は、異なるベルト間の実質的な違いを明確に示している。鈍い先端面を備えたベルト（Ａ〜Ｄ）は、全て時間の経過に伴う分離の実質的な低下を示している。ベルトＤは、鋭角な先端面を備えており、このような低下は示さずに、その代わり若干の改良を示しているが、データのばらつきはこのような改良を解釈するのを難しくしている。低下がないことは、容易に明らかであり且つこのグラフによって表される約５０回のテストランに亘って全く強く保たれている。
試験は、同時に集められ且つ試験が行われるまで制御された状態に貯蔵された同じ供給源からのフライアッシュの個々のサンプルを注意深く準備することによって行われた。サンプルは個々に準備され、試験を行う前に計量した。試験は、供給速度、ベルト速度、電極電圧及びその他の関連するパラメータを種々の試験のための作動許容範囲内に維持するように特別な注意を払って試験規模の分離装置において行った。試験は、何百もの類似の試験を行った熟練したオペレータによってなされた。生産されたサンプルは、信頼性の分析をし且つチェックした。改良されたベルトＤとその他のものとの違いは、全く大きく且つ実験的な人工製品ではない。
例２  分離率の電極ギャップに対する依存性
図７及び８は、本発明のベルト（ベルトＤ）と従来技術のベルト（ベルトＡ）を使用した多くの試験の結果を示しており且つ処理の安定性に多くの改良点を示している。図７は、本発明のベルトを使用した多くの試験を従来技術によるベルトと９．６５ミリ（０．３８０インチ）の電極間ギャップで比較している。図において引かれた線は、種々の速度における製品の純度の平均からのプラス／マイナス１の標準偏差に適合されている。図８は、１０．６７ミリ（０．４２０インチ）の電極間空間において２つのベルトの合計１２の試験を比較している。線は、２つのタイプのベルトの各々の３つの高い点及び低い点に適合されている。この試験から多くの結論を引き出すことができる。
１．改良されたベルトＤにおいては、製品の純度は、ベルト速度にそれほど依存しない。
２．改良されたベルトＤにおいては、製品の純度は、電極間のスペースにそれほど依存しない。
３．グラフに示されていないが、変化して示された種々の試験間の性能の変化のいくつかの原因となる多くの変数がある。ベルトＤによる変化は、ベルトＡよりも遥かに少ないことが明らかである。影響が少ない他の変数のうちのいくつかとしては、供給速度、湿度、供給点の位置、ベルトと電極との間のギャップ、ベルトの汚れ及び供給材料内に存在する不純物の量が挙げられる。
４．本発明のベルトは、既知の及び未知の変数による処理性能における変化が少ない。
本発明のベルトは、測定された本質的に全ての変数に対して改良された処理の安定性を示す。分離に影響を及ぼす未知のファクタが依然としてあり、ベルトＤの性能におけるばらつきの低さは、制御されていない変数に対する依存性が低いことから生じる。
どのようなベルトが使用されたときにも、ベルトは摩耗し且つベルトと電極との間のギャップが変化するであろうことに注意すべきである。このギャップが変化するときに分離装置の性能が変化しないことが望ましい。本発明のベルトは、従来技術のベルトよりもベルトの摩耗の存在下でより良い処理安定性を示す。
この例において使用されたデータは、フライアッシュからの未燃焼炭素の分離によるものである。処理安定性における改良は、極めて著しく且つ極めて多くの種々のパラメータに対してこの改良された安定性が同様に事実上全ての他の分離タイプ、例えば、炭酸塩からの酸不溶性鉱物の分離、炭酸塩からの着色鉱物の分離、炭素からのタルク、アッシュ及び硫黄含有（ｂｅａｒｉｎｇ）鉱物の分離、ガラス製造用原料からの鉄含有鉱物の分離、セメント形成原料からのアルカリの除去、セラミック前駆物質からの鉄含有鉱物の分離、小麦飼料からの小麦の花の分離等のような、材料から不純物を分離することを含む他の分離に適用できると期待できる。
例３
以下に示す表１は、１時間当たり約２０トンの割合で分離するフライアッシュの商業規模の分離装置における２つのタイプのベルトの性能が示している。これらの値は、両方のタイプの多くのベルトにおける長時間に亘る作動結果の時間に対する平均を示している。依然と同様に、ベルトＡは従来技術によるベルトであり、ベルトＤは本発明によるベルトである。ベルトＤは、改良された分離を提供することが容易に見ることができる。より高いＬＯＩ（Ｌｏｓｓ  Ｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ（燃焼時の損失）未燃焼炭素の測定）を含む供給アッシュについて始めると、本発明のベルトは、よりきれいな製品（炭素がより少ない）、より高い濃度の廃棄物（炭素がより多い）及びより高い収量（製品がより多い）を産する。性能面でのこの改良は、分離装置性能の多くの点において明白である。この表は、長期間の作動に対するこの新規なベルトの改良された性能を示している。この一連の試験は、フライアッシュの何千トンの処理の結果得られたものである。
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本発明において使用されるベルトは、分離されるべき粒子と接触する先端偏向面を有する如何なるコンベア又は搬送装置であってもよい。このベルトは、粒子が通過できる開口を有していなければならず且つプラスチック、繊維、ゴム等のような実質的に非導電性材料によって作られるべきである。このベルトは、成形されるか又は押し出し成形された織物として形成されても良い。
このベルトはまた、それらの個々の特性のために選択することができる個々の構成要素を組み立てて作っても良い。例えば、長い要素を引っ張り強度及び耐クリープ性のために選択しても良く、一方、横方向先端偏向要素は、特定の流れとの侵食性接触にさらされたときに耐摩耗性及び安定性を確保するために選択しても良い。引っ張り要素は、改良された耐摩耗性を提供するためにコーティングされたアラミド又はポリエステルのような繊維であっても良い。横方向要素は、粒子の侵食に対する良好な耐摩耗性を示す超高分子量ポリエチレンであっても良い。
先端偏向面は、比較的剛性で且つ非変形部材であっても良い。別の方法として、偏向面は、使用時に所望の結合構造において生じるベルト速度で変形しても良い。従って、休止時に、ベルトは、機械に装着される所望の結合構造を呈していなくても良い。
更に、横方向ストランドは、ことごとく所望の先端偏向面の結合構造を呈する必要はない。
実験結果は、所望の結合構造ベルトがベルト式分離装置において使用中にかなりの摩耗を受けたとしても、時々、強い摩耗を受けたとしても、所望の鋭角先端偏向面結合構造がベルトの使用期間を通して維持されることを示している。
本発明はまた、米国特許第４，８７４，５０７号（その全体が参考として組み入れられている）に記載されたような他の分離作用を利用しているベルト式分離方法の動作であって、流体の電気泳動による分離、粒子の磁気分離、粒子の剪断勾配分離等を含む分離方法の動作をも改良することができるであろう。
以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、種々の変形及び改良が、当業者に容易に想到でき、それらは、本開示の一部分であることを意図されたものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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