Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Partikelgemischen in eine erste Fraktion und in eine zweite Fraktion, wobei die elektrische Leitfähigkeit der Partikel der ersten Fraktion größer ist als die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Fraktion.

Die zunehmende Ressourcenverknappung macht das wirtschaftlich, Rohstoffe aus Abfällen zurückzugewinnen. Von besonderem Interesse sind dabei ausgemusterte elektronische Geräte und elektrische Maschinen, so genannter Elektroschrott. Elektroschrott fällt in großen Mengen an, da die Lebenszyklen derartiger Produkte vergleichsweise gering sind. Begehrte

Bestandteile von Elektroschrott sind elektrische Leiter wie Kupfer und Gold, aber auch Halbleiter wie Silicium und Germanium. Diese Metalle sind aus nicht leitenden Kunststoffen herauszulesen. Durch die Energiewende wird zukünftig mehr Elektroschrott aus Photovoltaikmodulen und elektrochemischen Zellen anfallen. Photovoltaikmodule dienen zur Umwandlung von

Sonnenstrahlung in elektrische Energie. Sie enthalten neben Kunststoff energieintensiv hergestelltes Solarsilicium, welches wiederzugewinnen gilt. Photovoltaikmodule haben eine begrenzte Lebensdauer, da ihr Wirkungsgrad mit dem Alter abnimmt.

Unter elektrochemischen Zellen sind Anordnungen zu verstehen, welche chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln vermögen. Beispiele sind hier Primär-Batterien, Sekundär- Batterien (Akkumulatoren), Doppelschicht-Kondensatoren und Brennstoffzellen. Durch die Zunahme der Elektromobilität ist insbesondere mit einem höhern Aufkommen von

Elektroschrott aus Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu rechnen. Lithium-Ionen-Akkumulatoren enthalten neben den elektrischen Leitern Kupfer, Aluminium, Graphit und Ruß auch nicht leitende Oxide von wertvollen Metallen wie Lithium, Cobalt, Mangan und Nickel.

Um die wertvollen Bestandteile von Elektroschrott wiederzugewinnen, ist eine möglichst sortenreine Trennung notwendig. Dies geschieht heute manuell, chemisch durch Verbrennung oder Säurebehandlung oder auch durch diverse Elektrosortierverfahren, welche die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit der Stoffe als Trennkriterium nutzen.

BESTÄTIGUNGSKOPIE CN101623672A beschäftigt sich mit der Elektrosortierung von Schrott aus Photovoltaik- Modulen. Hierzu wird das Prinzip der Kontaktaufladung genutzt: Das zu trennende Material wird zwischen zwei gegensinnig geladene Platten eines Plattenkondensators eingebracht. Elektrisch leitfähige Partikel wie Silicium nehmen bei Kontakt mit der Elektrode deren Polarität an und werden folglich von der Elektrode abgestoßen und in Richtung der Gegenelektrode

beschleunigt. Beim Auftreffen auf die Gegenelektrode ändern die leitfähigen Partikel wiederum ihre Polarität und werden zurückgeschleudert. Durch geeignete Anordnung der Platten gelingt es, die zwischen den Kondensatorplatten hin- und her geworfenen leitenden Partikeln aus dem Gemisch zu entfernen. Die elektrisch nicht leitenden Kunststoff-Bestandteile des Photovoltaik- Schrotts bleiben indes an den Platten haften, da auf ihrer Oberfläche eine Ladungstrennung stattfindet. Durch Abreinigen der Kondensatorplatten erhält man mithin die nicht leitende Fraktion.

Bei Apparaten mit Kontaktaufladung ist der Bedarf an einer großen Kontaktfläche als nachteilig anzusehen (geringer Durchsatz oder hohe Apparatebaukosten). Ein großer Nachteil sind auch blitzartige Überschläge wegen der Verschmutzung der Elektroden.

Ein alternativer Effekt, welcher sich zum Trennen von Partikelfraktionen mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit eignet, ist die Koronaentladung.

Der Begriff der Koronaentladung wird hier im fachüblichen Sinne gebraucht. Darunter zu verstehen ist die Ionisierung eines, einem unter Hochspannung stehenden elektrischen Leiter umgebenden Fluids, wobei die von dem Leiter ausgehende elektrische Feldstärke nicht zu groß sein darf, um eine Funkenentladung bzw. einen Lichtbogen hervorzurufen. Alle im Koronafeld befindlichen Partikel werden bei der Ionisierung unabhängig von ihren elektrischen

Eigenschaften gleichsinnig aufgeladen, in technischen Apparaten meist negativ. Die Aufladung der Partikel geschieht indirekt über die Luftmoleküle: Diese werden durch Wirkung des stark inhomogenen elektrischen Feldes zwischen Koronaspitze und Sammelelektrode zuerst negativ ionisiert, indem freie Elektronen und natürlich vorhandene Ionen in der Luft entlang der elektrischen Feldlinien beschleunigt werden und beim Auftreffen auf ein neutrales Luftmolekül dieses in Ionen zerlegt. Die dadurch entstandenen Sekundär-Ionen werden entlang der Feldlinien weiter beschleunigt und treffen ihrerseits auf weitere Luftmoleküle und ionisieren diese. In einer Art Kettenreaktion entsteht eine große Anzahl von ionisierten Luftmolekülen. Diese werden entlang der durch die Anwesenheit der Partikel deformierten Feldlinien in Richtung der Partikel beschleunigt, lagern sich dann an die in der Luft befindlichen Feststoff- Partikel an und prägen ihnen eine negative Ladung auf.

Der elektrische Leiter, von welchem die elektrischen Feldlinien ausgehen, wird in diesem Zusammenhang als Koronaelektrode bezeichnet. Um den Verlauf der elektrischen Feldlinien zu optimieren, sind Koronaelektroden stark gekrümmt, als dünner Draht, Nadelspitze oder beides kombinierend stacheldrahtähnlich ausgeführt. Das Fluid ist vorliegend ein Luft-Partikel- Gemisch. In der Elektrosortierung eingesetzt werden heute so genannte Koronawalzenscheider. Diese weisen eine Rutsche auf, auf welcher das zu sortierende Material in tangentialer Richtung auf eine rotierende Walze zurutscht. Ein Stück weit vom Berührungspunkt beabstandet verläuft eine stacheldrahtförmige elektrisch negativ geladene Koronaelektrode axial zur Walze. Die Walze dient als Sammelelektrode, sie ist über einen zugleich als Abstreifer dienenden Gleitkontakt (Kohlebürste) geerdet. Zwischen Koronaelektrode und Sammelelektrode baut sich ein elektrisches Feld auf, durch welches das Trenngut von der Rutsche in Richtung der Walze gleitet. Die Koronaelektrode ionisiert die Luftmoleküle und die zu trennenden Partikel im Tangentialbereich elektrisch negativ. Beim Auftreffen auf die Walze behalten die nicht leitenden Partikel ihre Ladung, währenddessen die leitfähigen Partikel die Polarität der Sammelelektrode annehmen. Die leitfähigen Partikel werden mithin von der Sammelelektrode elektromagnetisch abgestoßen und in einem ersten Behälter aufgesammelt. Die nicht leitfähigen Partikel haften hingegen elektromagnetisch auf der Walze, fahren etwa einen halben Umlauf mit, werden dann von der Kohlebürste abgestreift und schließlich in einem zweiten Behälter aufgesammelt. Bekannte Koronawalzenscheider sind zum Trennen von Elektroschrott aus Lithium-Ionen- Batterien und Photovoltaik-Modulen nur bedingt geeignet: So weisen insbesondere Li-Ionen- Batterien eine sehr dichte Packung von unterschiedlichen Materialien auf, sodass die Trennung dieser Werkstoffe eine feinkörnige Pulverisierung erfordert. Herkömmliche

Koronawalzenscheider können aber ein solches feinkörniges Pulver nicht verarbeiten: Der Grund wird in der geringen Partikelgröße und dem geringen Partikelgewicht gesehen: So bildet sich unmittelbar am Umfang der Walze eine mit der Walze umlaufende Luftschicht aus, welche die Partikel mitschleppt und so einen effektiven elektrischen Kontakt mit der Sammelwalze verhindert. Aus US3308944 ist ein Apparat zum Trennen von Textilfasern mittels Korona-Technologie bekannt. Mit Hilfe eines Luftgebläses werden die Fasern durch eine lonisationsstrecke gefördert. Das Abscheiden der Fasern geschieht auf umlaufende Elektroden-Bänder. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass es sich die Fasern vor dem Beaufschlagen mit Förderluft untereinander zu Agglomeraten verknäulen können. Die Trennschärfe ist dadurch

eingeschränkt. Weiterhin ist bei diesem Apparat nachteilig, dass die Fasern mittels

Luftströmung tangential zu den Sammelelektroden gefördert werden, wodurch - ähnlich wie bei marktüblichen Koronawalzenscheidern - die Fasern in Kontakt mit von der Sammelelektrode mitgeschleppten Luftschichten kommen, was das Anhaften und damit die Trennschärfe beeinträchtigt.

DE102004010177B4 beschreibt einen Apparat zum kombinierten Ionisieren und Fluidisieren von Pulver. Hierzu sind in einem Fluidbehälter oberhalb des porösen Fluidbodens Korona- Elektroden angeordnet. Druckluft durchströmt den Fluidboden von unten und fluidisiert die auf dem Fluidboden liegende Pulverschicht. Die Ionisierung des fluidisierten Pulvers erfolgt sodann mittels der Koronaelektroden.

EP1321197B1 beschreibt einen Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von rotierenden Walzen oder bewegten Bändern. Hierzu wird die Walze bzw. das Band

abschnittsweise in ein stationäres Wirbelbett eingetaucht, in welchem mittels Koronaentladung ionisierte Partikel wirbeln und sich als Beschichtung auf das Band bzw. die Walze

niederschlagen. Eine Trennfunktion der Partikel ist nicht vorgesehen.

US7626602B2 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur Beschichtung von bewegten Bändern. Hierzu wird ein Fluidstrom an einer quer dazu verlaufenden Korona-Elektrode vorbeigeführt und auf das zu beschichtende Band niedergeschlagen. Eine Trennfunktion führt dieser Apparat allerdings nicht aus.

In Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren anzugeben, mit Hilfe dessen ein feinkörniges Partikelgemisch, insbesondere Elektroschrott aus Photovoltaikmodulen oder Lithium-Ionen-Batterien, wirtschaftlich getrennt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Gegenstand der Erfindung ist mithin ein Verfahren zum Trennen von Partikelgemischen in eine erste Fraktion und in eine zweite Fraktion, wobei die elektrische Leitfähigkeit der Partikel der ersten Fraktion größer ist als die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Fraktion, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines fluidisierten Partikelgemisches enthaltend zwei

Partikelfraktionen mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit;

b) gleichsinniges Ionisieren von Luft mittels mindestens einer von zu ionisierender Luft umgebener Koronaelektrode;

c) Vermischen der ionisierten Luft mit dem fluidisierten Partikelgemisch unter Erhalt eines gleichsinnig ionisierten, fluidisierten Partikelgemisches;

d) Niederschlagen von Partikeln der zweiten Fraktion aus dem ionisierten, fluidisierten Partikelgemisch auf eine relativ zum ionisierten, fluidisierten Partikelgemisch bewegte Sammelelektrode, welche geerdet oder der Koronaelektrode entgegengesetzt geladen ist;

e) Abnehmen von an der Sammelelektrode anhaftenden Partikeln als zweite Fraktion; f) Erhalt der ersten Fraktion aus an der Sammelelektrode nicht anhaftenden Partikeln des ionisierten, fluidisierten Partikelgemisches.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Koronaentladung nur dann effektiv zur Trennung des Partikelgemisches genutzt werden kann, wenn das Partikelgemisch über den gesamten Trennprozess hinweg fluidisiert gehalten wird. Dies bedeutet, dass die Fluidisierung des Partikelgemisches im gesamten Prozess aufrecht erhalten werden muss, also ab der Bereitstellung, während der Ionisierung, bis zum Niederschlagen auf der Sammelelektrode. Ein anfängliches Fluidisieren bei der Bereitstellung allein genügt nicht, da die Partikel bis zur Ionisierung wieder Gefahr laufen zu agglomerieren, was die lonisierbarkeit und damit die Trennschärfe beeinträchtigt. Die Fluidisierung des Partikelgemisches erfolgt durch pneumatisches Beaufschlagen einer Schicht von Partikeln mit Druckluft. Bei einem fluidisierten Partikelgemisch handelt es sich um verwirbelte Luft, in welcher die Partikel dispergiert, also vereinzelt sind. Dies verhindert die Agglomeration der Partikel. Durch das Ionisieren des fluidisierten Partikelgemisches wird das Gemisch zur Trennung aktiviert. Das Ionisieren des Gemisches geschieht über ionisierte Luftmoleküle. Zu diesem Zwecke ist das fluidisierte Partikelgemisch mit der ionisierten Luft zu vermischen. Es ist möglich, die Fluidisierung es Partikelgemisches und die Ionisierung der Luft getrennt durchzuführen. Ebenso ist es möglich, die Luft unmittelbar in dem fluidisierten

Partikelgemisch zu ionisieren. Im letzteren Fall ist die Koronaelektrode von dem fluidisierten Partikelgemisch umgeben. Dies ermöglicht eine besonders effektive Ionisierung.

Das fluidisierte Partikelgemisch kann - abgesehen von der Bewegung der einzelnen Partikeln in der verwirbelten Luft- makroskopisch gesehen räumlich unbewegt sein. Insoweit spricht man von einem stationären Wirbelbett. Das fluidisierte Partikelgemisch kann sich aber auch makroskopisch gesehen räumlich bewegen. Bewegt sich das fluidisierte Partikelgemisch im Wesentlichen nur in Richtung ihrer Längserstreckung, handelt es sich um einen Fluidstrom, welcher hinsichtlich seines Verhaltens mit dem Strom von Gasen vergleichbar ist. Bewegt sich das fluidisierte Partikelgemisch in seiner Gesamtheit mit einer Geschwindigkeit, welche deutlich kleiner ist als die Geschwindigkeit der einzelnen Partikeln innerhalb der fluidisierten Schicht, so spricht man von einem wandernden Wirbelbett. Die Abgrenzung von wandernden Wirbelbett und Fluidstrom ist nicht immer scharf möglich.

Die fluidisierten, gleichsinnig ionisierten Partikeln verhalten sich bei Kontakt mit der gegensinnig geladenen Sammelelektrode abhängig von ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterschiedlich: Bei Kontakt mit der Sammelelektrode bleiben nicht leitende Partikel auf Grund der

Ladungspolarisation auf der Partikeloberfläche an der Sammelelektrode haften. Die elektrisch leitfähigen Partikel übernehmen bei Kontakt mit der Sammelelektrode deren Polarität und werden dementsprechend von der Sammelelektrode in das fluidisierte Partikelgemisch zurückgestoßen. Mit der Zeit werden die nicht leitfähigen Partikel aus dem fluidisierten Gemisch auf die Sammelelektrode abgereichert, währenddessen das fluidisierte Partikelgemisch zunehmend aus der leitfähigen Fraktion besteht.

Nach diesem Prinzip lassen sich verschiedene Apparate zur effektiven Trennung des

Partikelgemisches realisieren, die grundsätzlich wie folgt ausgeführt werden können:

Um diesen Trennprozess kontinuierlich zu gestalten, ist es notwendig, die Sammelelektrode relativ zum fluidisierten Partikelgemisch zu bewegen, um kontinuierlich die nicht leitende Fraktion aus dem fluidisierten Gemisch auszutragen. Wenn das fluidisierte Partikelgemisch hinreichend um nicht leitfähiges Material verarmt ist, wird sie als leitfähige Fraktion aufgefangen und durch frisches Gemisch ersetzt. Dies kann kontinuierlich durch stetiges Abziehen von erster Fraktion und Zugabe von Frischgemisch geschehen oder quasi-kontinuierlich durch

sequenziellen Austausch des fluidisierten Partikelgemisches. Unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung unterscheiden sich durch die Erzeugung der Relativbewegung zwischen dem ionisierten, fluidisierten Partikelgemisch und

Sammelelektrode sowie in der Gestaltung der Koronaelektrode.

Die Relativbewegung zwischen Gemisch und Sammelelektrode kann dadurch realisiert werden, dass das fluidisierte, ionisierte Partikelgemisch als stationäres Wirbelbett steht und die

Sammelelektrode sich durch das fluidisierte, ionisierte Partikelgemisch bewegt; etwa als umlaufendes Band, mit Platten besetzte Kette oder als Walze.

Durch kinematische Umkehr gelangt man zu einer Lösung, bei der das ionisierte, fluidisierte Partikelgemisch als Partikelstrom gegen eine fest stehende Platte gerichtet und darüber hinweg bewegt wird. Eine Zwischenlösung besteht darin, ein schnell umlaufendes Band als

Sammelelektrode durch ein langsam wanderndes Wirbelbett zu bewegen.

Die Sammelelektrode wird dabei in das fluidisierte, ionisierte Partikelgemisch eingetaucht oder an der Grenzfläche kontaktiert.

Die Koronaelektroden weisen stets mindestens eine in Richtung der Sammelelektrode weisende Spitze auf, um eine hohe Feldstärke in Richtung der Sammelelektrode zu generieren. Die Koronaelektrode kann als Draht, als mit Spitzen besetzter„Stacheldraht" oder als mit einer Vielzahl von Spitzen besetzte Platte ausgeführt sein. Die Koronaelektrode kann längs oder quer zum Fluidstrom / zum wandernden Wirbelbett angeordnet sein. Es können eine oder mehrere Koronaelektroden vorgesehen sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden im Folgenden näher erläutert.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem ionisierten, fluidisierten

Partikelgemisch um einen auf eine bewegte oder unbewegte Sammelelektrode gerichteten Fluidstrom. Zur Erzeugung des Fluidstroms wird das fluidisierte Partikelgemisch in Transportrichtung mit einer Lüftströmungskraft beaufschlagt. Der Fluidstrom kann auf einen einzelnen Punkt der Sammelelektrode gerichtet sein oder quer zu seiner Strömungsrichtung über die Sammelelektrode bewegt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ionisieren in einer Ladeleitung, durch welche der Fluidstrom hindurchgeführt wird und in welcher sich die Koronaelektrode dergestalt erstreckt, dass der aus der Ladeleitung austretende, ionisierte Fluidstrom auf eine Sammelelektrode gerichtet wird, dass die von der Sammelelektrode abgeprallten Partikeln als nicht erste Fraktion aufgenommen werden, und dass die an der Sammelelektrode anhaftenden Partikeln als zweite Fraktion von der Sammelelektrode abgenommen werden.

Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Gemisch entlang der Koronaelektrode zwangsgeführt und der ionisierte Partikelstrom auf die Sammelelektrode„geschossen" wird. Hierzu wird das fluidisierte Partikelgemisch mit Luft durch eine Ladeleitung gefördert, durch welche sich auch die Koronaelektrode erstreckt. Der Partikelstrom strömt mithin direkt entlang der Koronaelektrode, sodass eine intensive Ionisierung der Partikel ohne Ausweichen des Partikelstroms erfolgt. Der aus der Ladeleitung austretende Strahl ist dann möglichst frontal auf die Sammelelektrode zu richten, sodass die Partikel mit einem nennenswerten Impuls auf die Oberfläche der Sammelelektrode prallen. Der Impuls der Teilchen vermag nämlich etwaig störende Strömungen an der Oberfläche der Sammelelektrode zu überlagern und steigert zudem die Abprallwirkung auf die elektrisch leitenden Partikel.

Die Aufladung der Partikel wird bei dieser Ausführungsform dadurch garantiert, dass das Luft- Partikelgemisch, durch die Form des Laderohrs bedingt, der Koronaladung nicht ausweichen kann, dass die Partikel dank Fluidisierung und gleichsinniger Aufladung vereinzelt vorliegen und die Partikel bedingt durch die Koronaladung und Luftströmung einen sicheren Kontakt mit der Gegenelektrode erfahren. Diese drei Effekte sind für die Trennung des Partikelgemisches mit ausschlaggebend. Bei der Ladeleitung handelt es sich bevorzugt um ein Rohr aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, durch welches sich die als Draht ausgeführte Koronaelektrode koaxial erstreckt. Diese Ausführungsform garantiert eine verlässliche Ionisierung der Partikel im Partikelstrom. Koaxial bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Spitze der Koronaelektrode in

Verlaufsrichtung der Ladeleitung weist. Die Koronaelektrode entspricht dann dem Haupt- Richtungsvektor der Partikelströmung innerhalb der Ladeleitung im Bereich der

Koronaelektrode.

Das Partikelgemisch wird bei dieser Ausführungsform in einem Bunker bereitgestellt. Der Bunker ist als Fluidbunker ausgeführt und weist zu diesem Zwecke einen Boden aus luftdurchlässigem Material auf, durch den Druckluft gleichmäßig in das eingefüllte

Partikelgemisch strömt. Auf diese Weise lockert die Druckluft die Partikel auf und dispergiert sie in der austretenden Druckluft. So fluidisiert, kann das Partikelgemisch wie eine Flüssigkeit durch Beaufschlagung mit einer Strömungskraft gefördert werden. Fluidbunker sind im Stand der Technik bekannt, etwa aus DE10325040B3.

Das pneumatische Fördern des Partikelgemisches aus dem Bunker in das Laderohr und weiter zur Sammelelektrode erfolgt bevorzugt dergestalt, dass anströmende Druckluft durch eine sich verjüngende Düse in eine einerseits mit der Ladeleitung und andererseits mit einem das Partikelgemisch bereitstellenden Bunker verbundene Mischkammer eingedüst wird, deren Strömungsquerschnitt größer ist als der Mündungsquerschnitt der Düse. Dieses Verfahren macht sich den Bernoulli / Venturi-Effekt zu Nutze, um das Partikelgemisch anzusaugen. Die anströmende (saubere) Druckluft erfährt durch die Querschnittsverengung in der Düse eine Geschwindigkeitszunahme, die in einen Druckabfall resultiert. Dieser Unterdruck wird genutzt, um das fluidisierte Partikelgemisch aus dem Bunker in die Mischkammer zu saugen, um sich dort mit der Druckluft zu dem Partikelstrom zu vermischen. Die Fördereinrichtung zum

Beaufschlagen des fluidisierten Gemisches mit einer Luftströmungskraft ist dann praktisch aufgebaut wie eine Wasserstrahlpumpe. Die Venturi Düse hat allerdings den Nachteil, dass sich der Querschnitt der Düse durch die Abrasion mit der Zeit allmählich ändert, so dass die Geschwindigkeit dadurch sinkt und damit auch die aufgenommene Gemischmenge. Der Querschnitt der Venturidüse muss deshalb überwacht werden. Eine andere Lösung, bei welcher auch weniger Luft benötigt wird, ist so genannte Dichtstromförderung, bei welcher Pulver mit Hilfe von einem Sendegefäß und Druckluft transportiert wird. Eine geeignete Pumpe zur Dichtstromförderung ist in

DE202004021629U1 offenbart.

Bei einer ähnlichen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Ladeleitung um eine Schlitzdüse aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, über dessen Querschnitt sich eine mit Spitzen besetzte, drahtförmige Koronaelektrode erstreckt. Eine solche Schlitzdüse erlaubt im Vergleich mit einer Rund-Düse einen höheren Durchsatz. Die Schlitzdüse wird mittels einer Venturi Düse mit Gemisch aus einem Fluidbunker gespeist. Eine alternative Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass der Fluidstrom durch Schlitzdüse aus elektrisch isolierenden Werkstoff geführt wird, in deren Nachbarschaft zumindest eine Koronaelektrode in Gestalt eines sich quer zum Fluidstrom erstreckenden Drahtes angeordnet ist, dergestalt, dass das Ionisieren des Fluidstroms beim Austritt desselben aus der Schlitzdüse erfolgt, dass der aus der Schlitzdüse ausgetretene, ionisierte Fluidstrom auf eine Sammelelektrode gerichtet wird, dass die von der Sammelelektrode abgeprallten Partikeln als erste Fraktion aufgenommen werden, und dass die an der Sammelelektrode anhaftenden Partikeln als zweite Fraktion von der Sammelelektrode abgenommen werden. Vorteil ist hier auch ein hoher Durchsatz. Ein für die Trennung geeigneter Apparat ist in US7626602B2 beschrieben.

Einfachstenfalls wird die Sammelelektrode als eine unbewegte Prallplatte (z.B. ebenes

Stahlblech) ausgeführt. Mit einer solchen Sammelelektrode wird das Verfahren diskontinuierlich durchgeführt, die Prallplatte wird solange mit dem ionisierten Partikelstrom besprüht, bis sich auf ihr eine Schicht der nichtleitenden Fraktion gebildet hat. Sodann wird der Partikelstrom unterbrochen und die an der Prallplatte anhaftende, nicht leitende Fraktion abgenommen. Die gereinigte Prallplatte wird dann erneut mit dem Partikelstrom besprüht.

Kontinuierlich kann dieses Verfahren durchgeführt werden, indem die Sammelelektrode als ein umlaufendes Band ausgeführt wird. Das (Metall-)Band wird dann kontinuierlich beispielsweise im Bereich des Zugtrumms mit dem Partikelstrom besprüht und im Bereich des Leertrumms von der zweiten Fraktion gereinigt.

Es ist auch eine kontinuierlich arbeitende Mischform von Prallplatte und Band denkbar, bei welcher eine Vielzahl von Prallplatten auf einer umlaufenden Kette befestigt ist. Eine

umlaufende Kette mit Prallplatten ist eine technisch gleichwirkende Alternative zu einem Band. Die Prallplatten können vorzugsweise auch beidseitig besprüht werden.

Wichtig bei jeder Gestaltung der Sammelelektrode ist, dass der Partikelstrom nicht tangential auf die Oberfläche auftritt, wie dies bei Koronawalzenscheidern der Fall ist. Auch gelingt die Ausschaltung der negativen Effekte von bei bewegten Sammelelektroden störenden

Strömungseffekten nur, wenn die Partikel einen nennenswerten Impuls in Richtung der

Sammelelektrode besitzen, was bei einem tangentialen Einfallswinkel von 180° nicht der Fall ist. Die Impulsübertragung findet besser statt, wenn der Winkel zwischen der Oberfläche der Sammelelektrode und der Strömungsrichtung des Partikelgemisches möglichst stumpf bis orthogonal ist. Das elektrische Feld (und damit der Trenneffekt) wird umso stärker, je kleiner der Abstand zwischen der negativen Koronaelektrode und der positiven Plattenelektrode ist. Der Weg von der Korona- zur Sammelelektrode sollte deshalb klein gehalten werden. Wenn die Ladungsleitung unter einem Winkel zur Sammelelektrode steht, ergeben sich durch die veränderten Feldlinien, deren die Partikel folgen, unterschiedliche Weglängen für die Partikel. Ideal ist daher eine orthogonale Ausrichtung von Ladungsleitung bzw. Düse zur

Sammelelektrode. Zumindest aber sollte das Richten des aus der Ladeleitung ausgetretenen Partikelstroms die Sammelelektrode dergestalt erfolgen, dass der aus der Ladeleitung ausgetretene Partikelstrom auf die Oberfläche der Sammelelektrode unter in einem Winkel von ungleich 180° trifft.

Ideal erscheint eine orthogonale Ausrichtung von Ladungsleitung bzw. Düse und

Koronaelektrode zur Sammelelektrode, da in diesem Fall die elektrischen Feldlinien und die Strömungspfade des Partikelstroms parallel verlaufen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das ionisierte, fluidisierte Partikelgemisch als ein stationäres Wirbelbett ausgebildet. Um eine Relativbewegung der Sammelelektrode dazu zu erzeugen, wird diese als rotierende Walze oder als umlaufendes Band ausgeführt, wobei die Walze bzw. das Band abschnittsweise in das Wirbelbett eingetaucht oder zumindest im Grenzbereich des Wirbelbetts mit diesem kontaktiert ist und außerhalb des eingetauchten Bereiches die elektrisch isolierende Fraktion von dem Band bzw. der Walze abgenommen wird. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass mit wenigen Anlagenkomponenten ein

industrierelevant hoher Durchsatz bewerkstelligt werden kann, was verglichen mit einer auf Vervielfältigung von Düsen-Anordnungen die Betriebssicherheit steigert, da ein Wirbelbett- Apparat mit einer geringeren Anzahl von beweglichen Teilen auskommt.

Ein stationäres Wirbelbett wird zum Zwecke der Reinigung quasi-kontinuierlich betrieben, dass heißt, dass die pneumatische Beaufschlagung des stationären Wirbelbetts zeitweise

unterbrochen wird, und dass während der Unterbrechung die Partikel des zusammengebrochenen Wirbelbetts als erste Fraktion aufgenommen und durch frisch bereitgestelltes Gemisch ersetzt werden. Durch diesen zyklischen Trenn- und

Reinigungsbetrieb können große Mengen an Partikelgemisch verarbeitet werden. Alternativ zu einem stationären Wirbelbett kann ein wanderndes Wirbelbett vorgesehen werden. In diesem Fall wird die Sammelelektrode als rotierende Walze oder als umlaufendes Band ausgeführt, wobei das Wirbelbett an einem Abschnitt der Walze bzw. des Bandes entlang wandert. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, da sie auf Grund der kontinuierlichen Betriebsweise einen sehr großen Durchsatz ermöglicht.

Sofern die Schwerkraft zum Fördern des Wanderbetts nicht ausreicht, ist es möglich, das Wanderbett mit einer zusätzlichen Luftströmungskraft in Föderrichtung zu beaufschlagen.

Die Wanderbewegung des Wirbelbetts wird indes einfacher mittels Schwerkraft erzeugt. Zu diesem Zwecke wandert das Wirbelbett durch eine geneigte Rinne, an deren oberen Ende das zu trennende Gemisch aufgegeben und an deren unteren Ende die erste Fraktion

aufgenommen wird, wobei die Sammelelektrode als umlaufendes Band ausgeführt ist, welches entlang eines Abschnitts gegenläufig oder gleichgerichtet zum wandernden Wirbelbetts durch die Rinne läuft und welches außerhalb des Abschnitts von anhaftenden Partikeln unter Erhalt der zweiten Fraktion gereinigt wird. Diese Ausführungsform stellt einen hervorragenden

Kompromiss zwischen Durchsatzmenge und Betriebssicherheit dar.

Durch Vervielfältigung der Rinnen und der Bänder ist es einfach möglich, die Durchsatzmenge weiter zu steigern. Hierzu lässt man das Wirbelbett durch eine geneigte Rinne wandern, an deren oberen Ende das zu trennende Gemisch aufgegeben und an deren unteren Ende die erste Fraktion aufgenommen wird, wobei die Sammelelektrode als umlaufendes Band ausgeführt ist, welches entlang eines Abschnitts quer zum wandernden Wirbelbett durch die Rinne läuft und welches außerhalb des Abschnitts von anhaftenden Partikeln unter Erhalt der zweiten Fraktion gereinigt wird.

Die Koronaelektrode sollte bei allen Ausführungsformen bevorzugt elektrisch negativ geladen sein, die Sammelelektrode entsprechend geerdet sein. Bessere Effekte werden erzielt, wenn die Sammelelektrode zusätzlich an dem positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen wird, da hierdurch die Potentialdifferenz zwischen Koronaelektrode und Sammelelektrode zusätzlich erhöht wird.

Wie bereits erwähnt, prallen die elektrisch leitenden Partikel von der Sammelelektrode ab, währenddessen die nicht leitende, zweite Fraktion anhaftet. Das Abnehmen dieser Partikel kann allgemein durch Beaufschlagen der Sammelelektrode mit einer Impulsbelastung erfolgen. Die Impulsbelastung kann durch Abklopfen mit einem Hammer, durch Abrütteln mit einem Vibrator, durch Abblasen mit Druckluft oder Abbürsten/Abstreifen mit einem Abstreifer aufgebracht werden.

Die Trennschärfe kann dadurch erhöht werden, wenn das Gemisch vor dem pneumatischen Beaufschlagen einem Siebvorgang unterworfen wird. Der Siebvorgang findet vorzugsweise in einem Sieb statt, dessen niederfrequente Siebbewegung mit einer Ultraschallschwingung im Bereich von 20 bis 27 kHz überlagert wird. Für den Siebschritt besonders geeignet sind

Taumelsiebmaschinen mit induktiver Ultraschallerregung, wie sie beispielsweise aus

DE202006009068U1 bekannt sind. Bevorzugt werden Siebböden mit einer Maschenweite von etwa 80 pm verwendet. Damit sind hohe Siebleistungen von bis zu 1500 kg/h ^* m ² zu erzielen. Die optimale Maschenweite hängt von der Zusammensetzung des Partikelgemisches ab. Der Vorteil der Ultraschallsiebung besteht darin, dass das zu fluidisierende Gemisch eine einheitlichere Korngröße erhält. Dementsprechend wird die nach oben begrenzte Korngröße - der Siebdurchgang - in die Fluidisierung überführt. Der Siebüberlauf wird nicht in das Wirbelbett eingeschleust. Das Absieben der großen Partikel vor dem Fluidisieren verbessert auch die Ionisierung des Partikelgemisches: An den größeren Partikel lagern sich nämlich mehr

Luftionen an als an kleinen Partikeln. Würde man die großen Partikel nicht absieben, würden diese bei der Ionisierung begünstigt. Die Utraschallerregung verhindert die Klemmkornbildung, also das Zusetzen der Siebmaschen mit Partikeln, die nur unwesentlich größer sind als die Maschenweite. Wichtiger Aspekt einer erfolgreichen Kombination aus Sieb- und Korona-Trennverfahren ist, dass beide Schritte streng getrennt werden. Es ist nicht zielführend, beide Schritte baulich dadurch zu vereinigen, dass etwa der Siebboden zugleich als Sammelelektrode verwendet wird. Versuche belegen, dass dies die Klemmkornbildung begünstigt und die Abreinigung des Siebs deutlich erschwert. Bedingt durch die elektrostatischen Kräfte haften die weniger leitfähigen Partikel so stark am Siebboden, dass dieser rasch verstopft; eine kontinuierliche Arbeitsweise ist deswegen mit einem derartigen Apparat kaum möglich. Der in

US2004/0035758A1 vorgestellte Apparat mit aufgeladenem Sieb ist insoweit abzulehnen. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, jedwede Partikelgemische aufzutrennen, die Partikel-Fraktionen mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit aufweisen. Vorraussetzung für die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemäßen Trennverfahrens ist selbstredend die Fluidisierbarkeit des zu trennenden Gemisches. Diese ist unterhalb einer Partikelgröße von 100 μητι gegeben. Das Verfahren lässt sich insbesondere dann vorteilhaft einsetzen, wenn die Gutfraktion die Feinfraktion ist und die zu entfernende Fraktion eine niedrigere Dichte als die Gutfraktion hat und umgekehrt (wenn die Gutfraktion Grobfraktion ist und die zu entfernende Fraktion höhere Dichte hat).

Als besonders geeignet gezeigt hat sich das vorliegende Verfahren zur Trennung von pulverisiertem Elektroschrott. Um den Elektroschrott in eine fluidisierbare Form zu bringen, welche die vorbezeichneten Parameter einhält, kann der Elektroschrott mit herkömmlichen Brechern gebrochen und anschließend mit herkömmlichen Mühlen gemahlen werden. Die Korngröße des gemahlenen Elektroschrotts sollte 100 pm nicht überschreiten. Gegenstand der Erfindung ist mithin auch ein Verfahren zum Trennen von Elektroschrott, mit den Schritten:

a) Bereitstellen von Elektroschrott;

b) Mahlen des Elektroschrotts auf eine Korngröße kleiner als 100 pm unter Erhalt von pulverisiertem Elektroschrott;

c) pneumatisches Beaufschlagen des pulverisiertem Elektroschrotts unter Erhalt eines fluidisierten Partikelgemisches;

d) Durchführung eines Trennverfahrens in vorstehend beschriebener Weise.

Die erste Fraktion von pulverisiertem Elektroschrott wird aus elektrischen Leitern und/oder Halbleitern bestehen. Dies können Metalle wie beispielsweise Fe, Cu, AI, Ag, Au oder

Halbmetalle wie beispielsweise Si sein. Als elektrische Leiter kommen auch Ruß oder Graphit im Elektroschrott vor. Die zweite Fraktion von pulverisiertem Elektroschrott wird aus elektrischen Nichtleitern bestehen. Dies sind Kunststoffe, Gläser oder Keramiken, insbesondere Metalloxide.

An dieser Stelle sei klargestellt, dass die Begriffe„elektrischer Leiter" bzw.„elektrischer

Nichtleiter" nicht im engsten Sinne zu verstehen sind. Selbstverständlich leiten auch Isolatoren elektrischen Strom in sehr geringem Maße. Entscheidend für den erfindungsgemäßen Erfolg ist, dass die Partikel der ersten Fraktion eine höhere Leitfähigkeit aufweisen als die Partikel der zweiten Fraktion. Wenn hier von einem elektrischen Nichtleiter die Rede ist, dann ist demnach die Fraktion zu verstehen, die innerhalb des Partikelgemisches die geringere Leitfähigkeit aufweist als die übrigen Partikel.

Sofern es sich bei dem Elektroschrott um abgenutzte Photovoltaik-Elemente handelt, wird die erste Fraktion Solarsilicium umfassen, währenddessen die zweite Fraktion im Wesentlichen Kunststoff sein wird. Die Erfindung eignet sich hervorragend zur Auftrennung von gemahlenen Photovoltaik-Modulen.

Ebenso gut eignet sich die Erfindung zum Auftrennen von gemahlenen Elektroden von elektrochemischen Zellen, insbesondere von Lithium-Ionen-Batterien. Sofern es sich bei dem Elektroschrott um abgenutzte Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien handelt, wird die erste Fraktion Aluminium, Kupfer, Graphit und Ruß umfassen, währenddessen die zweite Fraktion wertvolle Metalloxide und Kunststoff umfassen wird.

Im Sinne der Erfindung kann das Partikelgemisch im Übrigen auch mehr als zwei

Partikelfraktionen aufweisen, die sich hinsichtlich ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterscheiden.

In solchen Fällen kann es erforderlich sein, das Trennverfahren mehrstufig durchzuführen: Sofern die erste oder zweite Fraktion noch nicht homogen genug ist, kann die jeweilige Fraktion einem weiteren Trennschritt unterworfen werden, um letztendlich eine dritte und vierte, sortenreine Fraktion zu erhalten.

So kann etwa die soeben beschriebene erste Fraktion von Li-Ionen-Batterie-Schrott in einem zweiten Schritt in Aluminium und Kupfer einerseits und Graphit und Ruß andererseits aufgetrennt werden. In einem dritten Schritt und vierten Schritt wird dann das Aluminium vom Kupfer bzw. das Graphit vom Ruß getrennt. Maßgebliches Trennkriterien ist die

unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit sowie die Dichte der Partikel.

In ähnlicher Weise wird man auch vorgehen müssen, wenn der Schrott aus Photovoltaik- Modulen neben dem Solarsilicium und Kunststoff auch metallische Verbindungsleitungen (Kontakte) aus Kupfer enthält.

Sofern die elektrischen Leitfähigkeiten der im Gemisch erhaltenen Fraktionen in geeigneter Weise voneinander beabstandet sind - etwa Nichtleiter, Halbleiter, Leiter - kann die Trennung in drei Fraktionen auch in einem Schritt erfolgen: In einem derartigen Fall haften nämlich die Halbleiter ebenso wie die nicht leitende Fraktion an der Sammelelektrode an, jedoch mit einer geringeren Adhäsionskraft. Das Ablösen der nichtleitenden Fraktion und der halbleitenden Fraktion erfordert mithin unterschiedliche Kräfte. Um selektiv abzureinigen, kann beispielsweise eine walzenförmige Sammelelektrode mit einer bestimmten Drehzahl umlaufen, sodass die Halbleiter aufgrund der Zentrifugalkräfte von der Sammelelektrode wieder fortgeschleudert werden, die Nichtleiter aber weiter anhaften und erst von einem Abstreifer von der

Sammelelektrode entfernt werden. In diesem Fall müssten drei Fraktionen aufgenommen werden: Erste Fraktion Leiter, die von der Sammelelektrode sofort zurückstoßen werden, zweite Fraktion Nichtleiter, die von dem Abstreifer von der Sammelelektrode abgenommen werden und dritte Fraktion Halbleiter, die nach kurzem Anhaften von der Sammelelektrode wieder fortgeschleudert werden.

Alternativ kann die umlaufende Sammelelektrode schrittweise mit unterschiedlich starken Reinigungsgebläsen bzw. Absaug-Düsen abgereinigt werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Apparat zum erfindungsgemäßen Trennen von

Partikelgemischen in eine erste Fraktion und in eine zweite Fraktion, wobei die elektrische Leitfähigkeit der Partikel der ersten Fraktion größer ist als die elektrische Leitfähigkeit der zweiten Fraktion.

Ein derartiger Apparat weist die folgenden Gestaltungsmerkmale auf: a) mindestens eine geneigte Rinne mit einem luftdurchlässigen, mit Druckluft

beaufschlagbaren Boden, welcher mit einer Vielzahl von Koronaelektroden versehen ist, eine am oberen Ende der Rinne angeordnete Dosiereinrichtung zum Aufgeben von Partikelgemisch auf die Rinne,

eine am unteren Ende der Rinne angeordnete Aufnahme zur Aufnahme der ersten Fraktion,

mindestens einen umlaufenden Läufer, welcher abschnittsweise in der Rinne läuft, und einen außerhalb der Rinne am Läufer angeordneten Abstreifer zum Abstreifen von am Läufer haftenden Partikeln als zweite Fraktion.

Der Läufer versteht sich als eine umlaufende Sammelelektrode, welche als Band, als mit Platten besetze Kette oder als rotierende Walze ausgeführt sein kann.

Der besondere Vorteil eines solchen Apparats ist darin zu sehen, dass er das Trennen von sehr feinen Partikelgemischen ermöglicht. Herkömmliche Korona-Walzenscheider sind nicht in der Lage, Partikel mit einer Feinheit unter 100 pm zu verarbeiten. Aufgrund dessen kann mit dem erfindungsgemäßen Apparat auch Elektroschrott getrennt werden, welcher eine feine

Pulverisierung erfordert.

Gegenstand der Erfindung ist mithin auch die Verwendung eines solchen Apparats zum

Trennen von Partikelgemischen mit einer Partikelgröße unter 100 pm.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Apparats verläuft das umlaufende Band längs zur Rinne rinnenaufwärts. Dieser Apparat nutzt die Schwerkraft zum Bewegen des Wirbelbetts und ist daher besonders betriebssicher. Die Leistungsfähigkeit dieses Apparats kann gesteigert werden durch eine Mehrzahl von quer durch die Rinne verlaufenden, jeweils als Band ausgeführte Läufer, durch mindestens ein parallel zu der Rinne verlaufendes, umlaufendes Reinigungsband, und dadurch, dass im Kreuzungsbereich von Reinigungsband und Läufer Abstreifer vorgesehen sind, welche an den Läufern haftende Partikeln als zweite Fraktion abreinigen und dem Reinigungsband zum Abtransport zuführen.

Eine kontinuierliche Abreinigung der isolierenden Schicht von der Sammelelektrode ist für die Trennfunktion sehr wichtig, da dadurch ein starkes elektrisches Feld und ein ununterbrochener lonenfluss im Koronafeld sichergestellt werden. Beides ist für die Gewährleistung eines zuverlässigen Trennbetriebs im industrierelevanten Maßstab zwingend erforderlich.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung und deren Merkmale ergeben sich aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einiger besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele. Hierfür zeigen:

Figur 1 : Prinzipskizze Besprühen von Prallplatte und Aufnehmen von erster Fraktion; Figur 2: Prinzipskizze Abnehmen von zweiter Fraktion;

Figur 3: Trennapparat (schematisch) mit einer Vielzahl von Sprüh- und Reinigungsstationen;

Figur 4: Prinzipskizze Trennapparat mit Schlitzdüse und drahtförmiger Koronaelektrode und plattenförmiger Sammelelektrode;

Figur 5: Gestaltungsformen von Koronaelektroden;

Figur 6: wie Figur 4, jedoch mit umlaufendem, längs geneigtem Band als Sammelelektrode; Figur 7: wie Figur 4, jedoch mit umlaufendem, quer geneigtem Band als Sammelelektrode; Figur 8: Prinzipskizze Trennapparat mit Schlitzdüse und Korona-Draht am Austritt; Figur 9: wie Figur 8, jedoch mit umlaufendem Band als Sammelelektrode; Figur 10: Prinzipskizze stationäres Wirbelbett;

Figur 11 : Prinzipskizze Trennapparat mit Wanderbett und umlaufendem Band als

Sammelelektrode;

Figur 12: Gestaltvariante Trennapparat aus Figur 1 1 mehreren Wanderbetten, bandförmigen

Sammelelektroden und Abreinigungsbändern. Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Versuchsaufbau zur Durchführung des Verfahrens. Ein Partikelgemisch 1 wird in einem Bunker 2 bereit gestellt. Der Bunker 2 ist als Fluidbunker ausgeführt und erlaubt eine Fluidisierung des Partikelgemisches. Diese setzt sich aus elektrisch nicht leitenden Partikeln (als unausgefüllter Kreis dargestellt) und elektrisch leitenden Partikeln (als ausgefüllter Punkt dargestellt) zusammen. Eine Sprühvorrichtung 3 umfasst eine

Mischkammer 4, in welche saubere Druckluft 5 über eine sich verjüngende Düse 6 eindüsbar ist. Eine Saugleitung 7 verbindet die Mischkammer 4 mit dem Bunker 2. Ebenfalls mit der Mischkammer 4 verbunden ist eine Ladeleitung 8, durch welche sich koaxial ein als

Koronaelektrode 9 dienender, nadelartiger Draht (Durchmesser kleiner 1 mm) erstreckt. Bei der Ladeleitung 8 handelt es sich um ein Rohr mit kreisförmigen Querschnitt und einem

Innendurchmesser von ca. 2 cm. Die genannten Abmessungen betreffen den Labormaßstab. Ein Trennapparat im Industriemaßstab dürfte größere Durchmesser für Ladeleitung und

Koronaelektrode aufweisen. Die Koronaelektrode 9 ist gegenüber den übrigen Bauteilen der Sprühvorrichtung 3 elektrisch isoliert, insbesondere gegenüber der aus einem Nichtleiter gefertigten Ladeleitung 8.

Die Mündung der Ladeleitung 8 ist auf eine als Sammelelektrode 10 dienende Prallplatte aus Stahlblech gerichtet. Die Oberfläche der Sammelelektrode ist um etwa 90° gegenüber der Achse der Ladeleitung 8 bzw. der Koronaelektrode 9 ausgerichtet. Die elektrischen Feldlinien zwischen Koronaelektrode 9 und Sammelelektrode 10 verlaufen mithin parallel zu den

Strömungspfaden der Partikel des Partikelstroms aus der Ladeleitung 8 in Richtung der Sammelelektrode.

An der der Sprühvorrichtung abgewandten Seite der Sammelelektrode 10 ist ein pneumatisch betriebener Hammer 11 angebracht. Unter der Sammelelektrode 10 angeordnet sind eine erste Auffangwanne 12 für erste Fraktion 13 und eine zweite Auffangwanne 14 für zweite Fraktion 15.

Zum pneumatischen Fördern wird Düse 6 mit Druckluft 5 bei einem Druck von 6 bar und einem Volumenstrom von ca. 4 m ³ / h beaufschlagt. Durch Zufuhr von Druckluft durch den Fluidboden des Bunkers 2 wird das Partikelgemisch bereits im Bunker 2 fluidisiert, sodass ein homogenes Gemisch aus Partikeln und Luft gewährleistet ist. Durch den verjüngenden Querschnitt der Düse 6 erfährt die Druckluft bis zum Austritt aus der Düse 6 eine starke Beschleunigung. Durch die Querschnittsaufweitung der Mischkammer 4 sinkt der Druck der Druckluft 6 in der

Mischkammer 4 rapide, sodass ein Unterdruck entsteht, welcher das Partikelgemisch 1 über die Saugleitung 7 in die Mischkammer 4 saugt. Dort vermischen sich Druckluft 5 und

Partikelgemisch 1 zu einem Partikelstrom 16, der die Mischkammer 4 durch die Ladeleitung 8 in Richtung der Sammelelektrode 10 verlässt. Zuvor streicht der Partikelstrom 16 entlang der mit - 30 kV unter Hochspannung stehende Koronaelektrode 9, sodass die Luftmoleküle und die Gemischpartikel des Partikelstroms 16 negativ aufgeladen werden. Aus dem unter einem

Winkel vom etwa 90° gegen die Oberfläche der Sammelelektrode 10 gerichtete Laderohr 8 wird der Partikelstrom 16 auf die mit +12 kV geladenen Sammelelektrode 10 gesprüht. Der freie Weg des Partikelstroms 16 durch die Luft beträgt etwa 100 bis 200 mm.

Sobald die negativ geladenen Partikel auf die geerdete Sammelelektrode 10 aufschlagen, geschieht die Trennung: Die elektrisch leitenden Partikel (schwarz) werden von der

Sammelelektrode entsprechend ihrem Einfallswinkel abgestoßen und sammeln sich in der ersten Auffangwanne 12. Die elektrisch nichtleitenden Partikel (weiß) bleiben indes auf der Sammelelektrode 10 haften.

Nach einer Zeit von etwa 20 bis 60 s ist die Sammelelektrode 10 mit nicht leitenden Partikeln besetzt. Nun werden Druckluft 6 und Hochspannung der Koronaelektrode abgeschaltet und der Hammer 11 betätigt (Figur 2). Dieser beaufschlagt die Sammelelektrode 10 etwa 3 s mit einer Impulsbelastung, welche die zweite Fraktion von der Sammelelektrode 10 löst und in die zweite Auffangschale 14 fallen lässt.

Nun findet sich in der ersten Auffangschale 12 eine erste leitfähige Fraktion 13 von etwa 40 g, in der zweiten Auffangschale 14 eine zweite nicht leitfähige Fraktion 15 von etwa 110 g. Für diese Ausbeute wurde eine Sammelelektrode von 20 mal 30 cm Fläche zehn Mal 20 Sekunden lang besprüht und dabei die Ladeleitung relativ zur Sammelelektrode bei gleich bleibendem Elektrodenabstand bewegt.

Durch geeignetes scaling up, insbesondere durch Steigerung der Durchsatzmenge in der Sprühvorrichtung 3 und kontinuierliches Beladen und Reinigen der nunmehr zu bewegenden Sammelelektrode, kann die Trennleistung für große Partikelmengen gesteigert werden. Auch kann die Anzahl der Ladeleitungen vervielfacht werden, indem eine Serie von Ladeleitungen in horizontaler Richtung und mehrere solche Sätze in vertikaler Richtung angeordnet werden. Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten von Trennapparaten mit hoher Durchsatzleistung sollen im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert werden.

Figur 3 zeigt eine kontinuierliche Ausführungsform mit mehreren Sprühstationen 17 und einem endlos umlaufenden Band 18 als Sammelelektrode. Alternativ zum Band kann ein

geschlossener Kettenzug vorgesehen werden, an dessen Gliedern Platten als

Sammelelektroden angeordnet sind. Jede Sprühstation 17 umfasst eine Vielzahl von parallel arbeitenden Sprühvorrichtungen 3. Die Sprühvorrichtungen können ausgeführt sein wie oben zu Figur 1 und Figur 2 beschrieben. Das Band 18 fährt an den Sprühstationen 17 vorbei und wird dabei großflächig mit Strömen von zu trennenden Partikeln beaufschlagt. Die zweite Fraktion haftet an dem Band 18 an, die erste Fraktion wird zurückgestoßen, fällt nach unten und wird im Bereich der Sprühstation 17 eingesammelt (nicht dargestellt). Das mit zweiter Fraktion belegte Band 18 fährt weiter zu einer Reinigungsstation 19, welche mittels eines Hammers 11 und/oder eines Bürstensatzes 20 abgereinigt wird. Ein Hammer eignet sich eher zum Abreinigen von plattenförmigen Sammelelektroden auf einem umlaufenden Kettenzug, zum Abreinigen eines Bandes sollte vorzugsweise ein Abstreifer oder eine Bürste zum Einsatz kommen. Die zweite Fraktion wird in der Reinigungsstation 19 aufgenommen (nicht dargestellt). Sodann fährt das Band weiter zu eine nächsten Sprühstation 17, welcher wiederum eine Reinigungsstation 19 folgt. Das endlos umlaufende Band 18 wird auf diese Weise abwechselnd mit Partikeln besprüht und wieder abgereinigt.

Figur 4 zeigt eine alternative Düsengestaltung mit einer länglichen Schlitzdüse 21. Links ist die Frontalansicht dargestellt, rechts die Seitenansicht. Durch die Schlitzdüse 21 tritt der

Partikelstrom 16 aus. Die Ionisierung übernimmt eine drahtförmige Koronaelektrode 22, die mit einer Vielzahl von Spitzen 23 besetzt ist (vgl. Fig. 6a). Die drahtförmige Koronaelektrode 22 erstreckt sich über die Mündung der Schlitzdüse 21 , also quer zur Fließrichtung des

Partikelstroms 16. Der Partikelstrom 16 wird auf eine Sammelelektrode 10 in Gestalt einer sich parallel zur Schlitzdüse 21 erstreckenden, ebenen Prallplatte gerichtet. Deren Abreinigung erfolgt mit einem Hammer 1 1.

Figur 5 zeigt diverse Gestaltungsformen von mit Spitzen besetzten, drahtförmigen

Koronaelektroden. Figur 6 zeigt, wie die unbewegte Sammelelektrode 10 aus Figur 4 durch ein endlos

umlaufendes Band 18 ersetzt werden kann, um einen kontinuierlich arbeitenden Trennapparat zu erhalten. In der perspektivischen Ansicht oben rechts im Bild ist zu erkennen, dass die erste Fraktion 13 mittels einer Saugdüse 24 aufgenommen wird. Die anhaftende zweite Fraktion 15 fährt mit dem Band 18 weiter zu einer nicht dargestellten Reinigungsstation (z.B. Abstreifer oder Bürstensatz).

In der unten links in Figur 6 dargestellten Seitenansicht des Apparats ist zu erkennen, warum die erste Fraktion 13 entgegen der Laufrichtung des Bandes zu der Saugdüse 24 wandert, währenddessen die anhaftende zweite Fraktion 15 mit dem Band 18 mitfährt: Das Band 18 ist nämlich in Längsrichtung geneigt angeordnet und läuft aufwärts. Die nicht anhaftenden Partikel 13 purzeln mithin entgegen der Laufrichtung des Bandes 18 herab in Richtung der hangabwärts angeordneten Saugdüse 24. Gemäß Figur 7 kann das umlaufende Band 18 auch zur Seite geneigt sein (das Band bewegt sich in die Zeichenebene hinein). Die erste Fraktion 13 der per Schlitzdüse 21 aufgegebenen Partikel fällt seitlich von dem Band 18 herunter und wird aufgesammelt.

Figur 8 zeigt die Seitenansicht einer anderen Gestaltvariante mit Schlitzdüse 21. Der

Partikelstrom 16 tritt durch die Schlitzdüse 21 in Richtung der Sammelelektrode 10 aus. Zwei als Draht ausgeführte Koronaelektroden 9 verlaufen in unmittelbarer Nachbarschaft der Schlitzdüse 21 quer zur Strömungsrichtung des Partikelstroms 16. In der Praxis kann ein solcher Trennapparat ausgeführt werden wie die in US7626602B2 beschriebene

Beschichtungsanlage.

Figur 9 zeigt eine Variante der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform mit Schlitzdüse 21. Die Sammelelektrode ist hier ein endlos umlaufendes Band 18, dessen Zug- und Leertrumm sich vertikal erstrecken. An diesen ist eine Vielzahl von Sprühstationen 17 vorgesehen, welche mit Schlitzdüsen 21 arbeiten. Detail A zeigt, dass die drahtförmigen Koronaelektroden 9 hier am Austritt der Schlitzdüsen 21 , also direkt im Partikelstrahl 16 verlaufen. Die nicht anhaftenden Partikel 13 werden mittels unterhalb der Schlitzdüsen 21 angeordneten Auffangwannen 12 aufgefangen, die Abreinigung des Bandes zwecks Erhalts der zweiten Fraktion 15 erfolgt mit Abstreifern 26. Die Figuren 10 bis 12 zeigen Trennapparate, welche nicht mit einem aus einer Düse austretenden Fluidstrom, sondern mit Wirbelbetten arbeiten.

Die Grundlagen des Wirbelbettprinzips zeigt Figur 10. Hierzu wird das Gemisch 1 auf einen luftdurchlässigen, aber partikeldichten Fluidboden 27 aufgegeben. Bei dem Fluidboden 27 handelt es sich in der Regel um ein textiles Flächengebilde oder eine poröse oder perforierte Platte. Der Fluidboden 27 weist somit eine Vielzahl von Luftdurchlässen auf, jeweils mit etwa 20 μιη Durchmesser. Der Fluidboden 27 wird von unten mit Druckluft 5 beaufschlagt. Die Druckluft 5 tritt durch die Luftdurchlässe in die schichtförmig auf dem Fluidboden 27 ruhenden Partikel auf und verwirbelt diese ungeordnet zu einem Wirbelbett 28, welches sich in einem begrenzten Bereich über dem Fluidboden 27 erstreckt. Da sich das Wirbelbett 28 örtlich nicht verändert und sich nur die Partikel innerhalb des Wirbelbetts 28 bewegen, spricht man hier von einem stationären Wirbelbett. Innerhalb des Wirbelbetts sind die Partikel in der Luft dispergiert (vereinzelt), was

Agglomeration verhindert. Die vereinzelten, von Druckluft 5 umströmten Partikel lassen sich hervorragend ionisieren mit Hilfe einer Vielzahl von Koronaelektroden 9, die sich in dem Wirbelbett 28 erstrecken. Die Koronaelektroden 9 können an dem Fluidboden angeordnet werden, wie in EP1321197B1 beschrieben, oder oberhalb des Fluidbodens, wie aus

DE102004010177B4 bekannt. In letztem Fall erfolgen das Ionisieren der Luft, Fluidisieren des Partikelgemisches und das Vermischen von ionisierter Luft mit fluidisiertem Partikelgemisch zwecks Erhalt des ionisierten, fluidisierten Partikelgemisches in einem Schritt.

Alternativ ist es möglich, zweischrittig zu ionisieren und zu fluidisieren: Hierzu wird zunächst Druckluft ionisiert und die Partikel direkt mit der ionisierten Druckluft zwecks Fluidisierung beaufschlagt. In diesem Fall werden die Koronaelektroden unmittelbar unterhalb des

Fluidbodens angeordnet, sodass die Druckluft kurz vor ihrem Austritt aus dem Fluidboden in das Partikelgemisch ionisiert wird. Das Wirbelbett 28 mit der Vielzahl von sich darin erstreckenden Koronaelektroden 9 besteht quasi aus einer gebündelten Vielzahl von infinitesimal kleinen Sprühvorrichtungen.

Durch das Wirbelbett oder zumindest an dessen Grenzfläche wird eine Sammelelektrode 10 geführt, an welcher sich die nicht leitenden Partikeln niederschlagen. Zum Erhalt der zweiten Fraktion 15 wird die Sammelelektrode aus dem Wirbelbett 28 entnommen und abgereinigt. Die erste Fraktion verbleibt im Wirbelbett 28. Mit der Zeit wird also die zweite Fraktion 15 aus dem Wirbelbett 28 abgereichert, sodass der Anteil an elektrisch leitfähiger Fraktion im Wirbelbett steigt. Mithin muss das Wirbelbett 28 kontinuierlich ausgereinigt und mit frischem Gemisch angereichert werden. Hierzu wird nach einem geeigneten Zeitintervall die

Durckluftbeaufschlagung ausgeschaltet, der Fluidboden 27 unter Erhalt der ersten Fraktion 13 ausgekehrt und frisches Gemisch 1 nachdosiert. In der Zwischenzeit kann auch die

Sammelelektrode 10 unter Erhalt der zweiten Fraktion 15 gereinigt werden, falls dies nicht kontinuierlich geschieht. Sodann wird die pneumatische Beaufschlagung wieder gestartet und der Trennprozess beginnt von Neuem. Ein kontinuierlicher Betrieb ist diesem Batch-Betrieb aber vorzuziehen.

Ein vollkontinuierlich arbeitender Trennapparat mit hohem Durchsatz kann mit Hilfe eines wandernden Wirbelbetts realisiert werden. Ein wanderndes Wirbelbett - kurz Wanderbett - 29 unterscheidet sich von einem stationären Wirbelbett 28 dadurch, dass sich das Wanderbett in seiner Gesamtheit bewegt. Gleichwohl ist die Gesamtbewegungsgeschwindigkeit des

Wanderbetts im Vergleich zu der Partikelbewegung innerhalb des Wirbelbettes langsam.

Verglichen mit der Fließgeschwindigkeit des Fluidstroms bewegt sich das Wanderbett aber langsam.

Das Wanderbett 29 wird einfachstenfalls mit Hilfe der Schwerkraft in Bewegung versetzt: Hierzu wird eine um 10 bis 15° zur Horizontalen geneigte Rinne 30 mit einem Fluidboden 27 versehen, welcher von unten mit Druckluft 5 beaufschlagt wird; vgl. Figur 1 1. In den Fluidboden 27 sind Koronaelektroden eingebaut. Am oberen Ende der Rinne 30 wird frisches Partikelgemisch 1 aufgeben. Von der Schwerkraft getrieben, rutscht das fluidisierte, ionisierte Partikelgemisch als Wanderbett 29 die Rinne 30 hinab. Dabei wird die zweite Fraktion 15 auf ein endlos

umlaufendes Band 18 niedergeschlagen, welches sich abschnittsweise längs der Rinne 30, entgegen der Bewegungsrichtung des Wanderbetts 29 durch dasselbe aufwärts läuft. Die Bandgeschwindigkeit beträgt etwa 10 km/h. Durch die hohe Bandgeschwindigkeit wird ein industrierelevant hoher Durchsatz bei der Aufreinigung des Partikelgemisches garantiert. Bei einem durchschnittlichen Anfall der nicht leitenden Fraktion von ca. 0.2 kg/m ² (oben

beschriebener Versuch), einer Bandbreite von 1 ,5 m und einer Geschwindigkeit von 10 km/h berechnet sich der Massenstrom der gewonnenen nicht leitenden Fraktion zu etwa 3t/h bei nur einem Wanderbett. Beim Durchlauf durch die Rinne 30 wird das Wanderbett 29 allmählich um die zweite Fraktion 15 abgereichert. Am unteren Ende der Rinne 30 treten daher leitfähige Partikel aus, die als erste Fraktion 13 aufgenommen werden. Die zweite Fraktion 15 wird mit einem Abstreifer 26 von dem Band 18 abgenommen. Das gereinigte Band 18 läuft zurück in das wandernde Wirbelbett 29.

Figur 12 zeigt, wie der mit Wanderbett 29 und Band 18 als Sammelelektrode arbeitende Apparat aus Figur 11 durch Vervielfältigung seiner Rinnen und Bänder und deren

Parallelisierung durchsatzstärker gemacht werden kann: In der in Figur 12 dargestellten Draufsicht ist zu erkennen, dass mehrere parallel verlaufende, geneigte Rinnen 30 von mehreren parallel verlaufenden Bändern 18 gekreuzt werden. Die metallischen Bänder 18 dienen als Sammelelektrode und verlaufen quer durch die Rinnen 30 durch das darin wandernde Wanderbett 29 hindurch. Die Bänder 18 tragen die nicht leitende Fracht quer aus den Wanderbetten aus und werden von Reinigungsbändern 31 , die

alternierend parallel zwischen den geneigten Rinnen 30 angeordnet sind, gekreuzt. Im

Kreuzungsbereich von Band 18 und Reinigungsband 31 ist jeweils ein Abstreifer angeordnet, welcher das Band 18 von nicht leitenden Partikeln reinigt und diese auf das Reinigungsband 31 überführt. Die endlos umlaufenden Reinigungsbänder 31 führen die zweite Fraktion 15 kontinuierlich fort, währenddessen die erste Fraktion 13 den Trennapparat am unteren Ende der geneigten Rinnen 30 verlässt.

Bezugszeichenliste

1 Partikelgemisch

2 Bunker

3 Sprühvorrichtung

4 Mischkammer

5 Druckluft

6 Düse

7 Saugleitung

8 Ladeleitung

9 Koronaelektrode

10 Sammelelektrode

11 Hammer

12 erste Auffangwanne (für erste Fraktion)

13 erste Fraktion

14 zweite Auffangwanne (für zweite Fraktion)

15 zweite Fraktion

16 Partikelstrom

17 Sprühstation

18 Band als Sammelelektrode

19 Reinigungsstation

20 Bürstensatz

21 Schlitzdüse

22 plattenförmige Koronaelektrode

23 Spitzen

24 Saugdüse

26 Abstreifer

27 Fluidboden

28 (stationäres) Wirbelbett

29 wanderndes Wirbelbett / Wanderbett

30 Rinne

31 Abreinigungsband