CN101316657A - 粉体化装置和粉体化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以将对象物有效粉体化的粉体化装置和方法。本发明的粉体化装置具备：在水平方向上延伸的筒状容器；沿着筒状容器的轴配置的旋转轴；离开旋转轴而在筒状容器的内壁附近的位置上与旋转轴大致平行地设置的多个杆；将多个杆固定在旋转轴上的杆固定部件；以及，设置在各杆上的打击部件。

Description

粉体化装置和粉体化方法

技术领域

本发明涉及将对象物粉体化的粉体化装置和粉体化方法。

背景技术

随着近年来的重复利用的趋势的提高，要求对复合了氯乙烯等的树脂层和衬里纸(纸浆纤维层)的树脂壁纸，以及，复合了氯乙烯等的树脂层和尼龙或聚酯制的纤维层的、或在树脂层间夹有纤维层的、或在纤维层间浸渗有树脂的瓷砖铺面(tile carpet)、隔音板、防水板、工程用安全网等的由不同种类的材料形成的复合材料有效地进行重复利用。为了对这种复合材料进行重复利用，需要将复合材料进行粉体化，将粉体按照材料分离为例如树脂粉和纤维。

作为对这种复合材料有效地进行粉体化的方法，已知有如专利文献1中记载的切削法，如专利文献2中记载的粉碎机(shredder)法、如专利文献3～4中记载的剪切法和锤钻(rotary hammer)法等。此外，作为将混凝土废弃物等的更硬的材料破碎的装置，已知有专利文献5～6等的链旋转型的破碎方法等。

专利文献1：日本特开2003-88772号公报

专利文献2：日本特开2003-24817号公报

专利文献3：日本特开2003-127140号公报

专利文献4：日本特开2003-320532号公报

专利文献5：日本特开2006-619898号公报

专利文献6：日本特开2000-189823号公报

发明内容

但是，本发明人进行研究后发现，现有技术的方法不能将复合材料有效地粉体化至300μm左右以下，因此，难以将复合材料按构成材料机械地分离为树脂粉和纤维。

本发明人研究后明确了如下事实：如果在水平方向上延伸的筒状容器内，使锤子(hammer)等的打击部件以固定的旋转轴为转动轴进行极高速的旋转，例如，使打击部件的圆周速率为50m/s以上，更优选为100m/s以上，则可以使复合材料达到300μm以下。但是，在现有技术的旋转型的装置中难以得到这样的圆周速率，而且，电力的消耗量也极大。

本发明是就是鉴于上述课题而做出的，提供能够将对象物有效地进行粉体化的粉体化装置和方法。

本发明相关的粉体化装置具备：在水平方向上配置的筒状容器；沿着筒状容器的轴配置的旋转轴；离开旋转轴而在筒状容器的内壁附近的位置上与旋转轴大致平行地设置的多个杆；将多个杆固定在旋转轴上的杆固定部件；以及，设置在各杆上的打击部件。

根据本发明，杆被设置在离开旋转轴的筒状容器附近的位置上，在该杆上设置有打击部件。因此，与将打击部件设置在旋转轴附近的位置上的情况相比，旋转半径方向上的打击部件的长度被小型化，由打击部件引起的空气阻力变小。由此，旋转轴的高速旋转变得容易，而且，运转所需要的电力也可以降低。

并且，由于打击部件高速旋转，对象物在高速旋转的打击部件的前端部分与筒状容器的内周面之间进行高速运动，由于撞击和摩擦而被迅速粉体化为300μm以下。

此外，由于在各杆上设置有多个打击部件，所以可在旋转轴方向上较长而且连续地形成打击部件旋转的区域，可以进行有效的粉体化。

另外，在这样的粉体化装置中，如果对各种材料复合化的复合材料进行粉体化，由于离心力的作用会有如下倾向：即，在筒状容器内轻质粉集中在半径方向的内侧即旋转轴附近侧，重质粉集中在半径方向的外侧即筒状容器的内壁附近侧。

因此，优选杆固定部件具有开口或缺口，该开口或缺口至少在旋转半径比杆更短的部分上，可以使气体和/或粉向旋转轴的轴方向的流通。

由此，在半径方向内侧可以进行向轴方向的气体的流通，与该气流一起可以选择性地向外部排出在半径方向内侧偏析的轻质粉，发挥分离功能。

此时，特别优选，在筒状容器内，在距旋转轴距离互相不同的位置上，分别设置有已被粉体化的对象物的出口。

由此，可以从半径方向外侧的出口选择性地排出重质粉，从半径方向内侧的出口选择性地排出轻质粉。此外，也可以设置3个以上的出口。

此外，优选出口中的距旋转轴的距离最长的出口形成在筒状容器的周面上。

由此，具有能够流畅地排出旋转的粉体的优点。

此外，旋转轴旋转时优选打击部件的前端的圆周速度为50m/s以上、优选为100m/s以上、更优选为120m/s以上。由此，可以进行充分的粉体化。

此外，打击部件优选以能够在各个杆的周围旋转的方式被固定，由此，可以吸收由于打击部件与对象物的撞击而产生的冲击，此外，还有减少纤维的不必要的切断、延长打击部件的寿命的效果。

此外，优选为，在轴方向上具备3个以上的板状的杆固定部件，各杆贯穿各个杆固定部件，在各固定部件之间分别设置有多个打击部件。由此，使结构简单化，提高制造、维护性。

此外，优选，还具备冷却容器的冷却装置和向容器内供给制冷剂的制冷剂供给装置。通过向容器内供给液化二氧化碳、液化氮、水蒸汽、水雾(water mist)、冷却空气等的制冷剂，也可以抑制筒状容器内的对象物粉和打击部件的过热，因此优选。此外，还优选具备对于向容器内投入的对象物预先进行预冷却的对象物预冷装置。

此外，优选在容器的内壁上形成有凹凸。若在容器的内壁上形成有凹凸，则由于对象物与该凹凸撞击，或由于该凹凸而产生紊流从而可以促进对象物之间的撞击，所以可以进一步促进沿着容器的内壁作旋转运动的对象物的粉体化。

此外，本发明相关的粉体化方法是利用上述的粉体化装置对对象物进行粉体化的粉体化方法。

本发明提供了能够对对象物有效地进行粉体化的粉体化装置和方法。

附图说明

图1是第1实施方式相关的粉体化装置的主要说明轴方向截面的示意图。

图2是说明图1的粉体化装置的垂直于圆筒附近轴方向的截面的示意图。

图3是表示打击部件的各种形态(a)～(g)的立体图。

图4是说明第2实施方式相关的粉体化装置的垂直于圆筒附近轴方向的截面的示意图。

图5是由氯乙烯树脂+增塑剂+填充材料形成的树脂复合粉的SEM照片。

图6是纸浆的SEM照片。

符号说明

1…粉体化装置，10…筒状容器，10b…出口，14a…入口，14c…出口，20…旋转轴，30…杆，40…杆固定部件，42…开口，42a…缺口，50…打击部件

具体实施方式

关于本发明的第1实施方式，参照图1和图2进行说明。本实施方式相关的粉体化装置1主要具备：筒状容器10、旋转轴20、杆30、杆固定部件40和打击部件50等。

筒状容器10是在大致水平方向上延伸的圆筒状的容器。筒状容器10具有中空的夹套结构(冷却构件)，水等的制冷剂可以在夹套10a内部流通。从制冷剂供给装置5通过管线L1向夹套10a供给制冷剂。

另外，筒状容器10不具有夹套结构时，也可以在筒状容器10的外表面滴下水等而进行冷却。此外，考虑到维护性，筒状容器10也可以成为能够在上下方向和/或左右方向上组合的形式。筒状容器10的两端分别由圆板14进行封闭。

旋转轴20被配置为贯穿两个圆板14且沿着筒状容器10的轴，优选被配置为与筒状容器10的轴同轴。在圆板14的旋转轴20贯穿的部分上，分别设置有可封住气体和粉尘的轴承15。

此外，由分别配置在筒状容器10的两外侧的轴承22在轴周围可旋转地支撑旋转轴20。并且，在旋转轴20的端部连接有电动机24，可以使旋转轴20高速旋转。旋转速度优选为例如打击部件50的前端的圆周速度、即、打击部件50的最大旋转半径上的线速度为50m/s以上，更优选为100m/s以上，进一步优选为120m/s以上的速度。另外，在以200m/s以上的超高速旋转时会进一步发挥其威力。

旋转轴20在筒状容器10内的部分上具有直径被扩大了的粗径部20a，圆形框状的杆固定部件40以圆形框的轴与旋转轴20同轴的方式固定在该粗径部20a上。在轴方向上以规定间隔隔开而设置有很多杆固定部件40。

因此，杆30以贯穿各杆固定部件40的方式与轴方向平行地延伸，杆30由杆固定部件40相对于旋转轴20而固定。

如图2所示，在与旋转轴20呈轴对称的位置上设置有多个杆30。另外，在图2中，4根杆以错开90°地进行配置，但也可以错开180°地配置2根杆，也可以错开120°地配置3根杆，从高速旋转的观点出发优选错开(360/n)°地配置多根即n根杆。

此外，如图1所示，杆30的位置是在旋转轴20的粗径部20a与筒状容器10之间，离开旋转轴20的粗径部20a而配置在筒状容器10附近侧。

并且，在各杆30上固定有多个打击部件50。如图3的(a)所示，打击部件50具有主体部51和管部52。管部52被设置为贯穿主体部51的基部51a，通过将杆30贯穿在该管部52的开口中，打击部件50被固定在杆30上。从管部52的轴方向看时，主体部51呈其前端部51b的宽度51H比基部51a的宽度51L更细的锥形形状。管部52的轴方向上的主体部51的长度51W比前端部51b的宽度51H更长。

如图1所示，各个打击部件50以在各个杆固定部件40间配置多个的方式固定在杆30上。此外，打击部件50相对于杆30固定，并且能够围绕杆30的轴而旋转。由此，能够减少打击部件50与非处理物冲突时施加在打击部件上的冲击，此外，能够减少纤维的不必要的切断，延长打击部件的寿命。此外，通常由于施加在打击部件50上的离心力，打击部件50的前端部51b转向旋转半径方向的外侧。此外，打击部件50的前端部51b与筒状容器10的内壁的间隔(参照图2)优选为1～20mm左右。作为打击部件50和杆30的材料，例如，可以举出不锈钢等的金属材料。

此外，如图2所示，从旋转轴20的轴方向看时，在杆固定部件40上，至少在旋转半径小于杆30的区域上形成有能够进行朝向轴方向的气体等的流通的开口42。

在图1的左端侧的圆板14上形成有对象物入口14a，在该入口14a上连接有供给对象物的螺旋进给装置70。螺旋进给装置70具备：圆筒72、配置在圆筒72内的螺旋桨74、使螺旋桨74旋转的电动机76、以及向圆筒72的一端供给对象物的料斗78，圆筒72的另一端连接于对象物入口14a。

作为向料斗78内供给的对象物没有特别限定，可以举出含有不同种材料的复合材料，例如，复合了氯乙烯等的树脂层和衬里纸(纸浆纤维层)的树脂壁纸，以及复合了氯乙烯等的树脂层和尼龙或聚酯制的纤维层的、或在树脂层间夹有纤维层的、或在纤维层中浸渗有树脂的瓷砖铺面(tile carpet)、隔音板、防水板、工程用安全网等的复合树脂材料。特别优选包含纤维和树脂层的复合材料。此外，也可以对单一组成的材料进行粉体化。此外，也可以对医药品、食品等的原料，例如，干燥的海带、菌类等进行粉体化。

这里，优选向容器10内供给的对象物事前被粗破碎为100mm以下，优选10mm以下。另外，对于对象物的形状没有特别限定，可以为粒状，也可以为片状、板状。此外，对象物也可以含水。

在左侧的圆板14上进一步形成有多个气体入口14b。气体入口14b被设置为在旋转半径方向上的位置互相不同，分别能够向筒状容器10内供给空气等的气体。

在筒状容器10的周围表面的下部设置有出口10b。在出口10b的前部通过管线L4连接有容器12。

在右侧的圆板14上设置有多个出口14c。各出口14c被配置为在旋转半径方向上的位置互相不同。在各出口14c上通过管线L2分别设置有袋式除尘器80和吸气风扇82。

从这些出口10b、14c排出的方法不限定于此，可以使用螺旋进给装置等，也可以利用容器内的压力而自然排出。也可以通过控制将来自这些出口10b、14c的粉体化后的对象物排出的速度而控制滞留时间。这样，如后面所述，通过从出口10b和出口14c排出已被粉体化的对象物粉，可以分离并排出轻质粉和重质粉，本粉体化装置还可以作为分离装置而发挥功能。另外，也可以设置3个以上的出口，不需要分离时也可以只设置1个出口。此外，作为出口10b的替代，例如图1中的点线所示，也可以在右侧的圆板14的半径方向的最外侧设置出口14d，并且通过管线L5设置袋式除尘器80和吸气风扇82。

接着，说明使用本实施方式相关的粉体化装置1的粉体化方法。

首先，使旋转轴20旋转。这里，优选如上所述，使打击部件50的前端的圆周速度为规定的速度。此外，从入口14b供给空气等的气体。

接着，从入口14a投入来自料斗78的对象物。这样，对象物由于高速旋转的打击部件50而在筒状容器10内旋转，由于离心力而在筒状容器10的内面上进行旋转运动。此时，由于与打击部件50的撞击或与筒状容器10的内壁的撞击或摩擦，或者，在对象物之间的撞击或摩擦等，对象物被迅速粉体化。

然后，在本实施方式中，由于杆30被配置在离开旋转轴20的筒状容器10的内壁附近侧，并且打击部件50被固定在该杆30上，所以与将打击部件50固定在旋转轴的粗径部20a上的情况相比，可以充分减小打击部件50的在旋转半径方向上的长度，可以减小旋转轴20的旋转所需要的空气阻力。因此，相比于现有技术容易使旋转轴20高速旋转，容易将对象物迅速微粉化，例如，使其达到300μm以下。并且，在对复合了不同材质的复合材料进行粉体化时，可以按照各材质进行物理分离，例如物理分离为树脂粉和纤维。此外，在对象物含有纸、纤维等的纤维材料时，也可以在筒状容器10内进行纤维的分解。并且，由于还可以减小旋转所需要的电力，能够节省能量。

并且，在筒状容器10的内部，由于高速旋转强的离心力对已被粉体化的粉体起作用，纤维等的轻质粉和树脂等的重质粉在半径方向上发生分离。即，轻质粉被分离在半径方向上的中心附近，重质粉被分离在半径方向上的外侧。此外，由于在杆固定部件40上形成有开口42，气体和轻质粉可以向轴方向移动。特别地，由于杆30被配置在离开旋转轴20的筒状容器10的内壁附近侧，所以可以将开口42设置得足够宽，使得容易排出集中在半径方向内侧的轻质粉。

所以，从出口14c排出在半径方向内侧偏析的轻质粉，并将其收集在除尘器80中，而从出口10b排出在半径方向外侧偏析的重质粉，并将其收集在袋式除尘器80中。即，该粉体化装置1也可以作为离心分离装置发挥功能。另外，由于出口14c、14c在半径方向上互相分离，在袋式除尘器80、80之间也可以进行分离。

这样已被粉体化的重质粉，例如氯乙烯树脂粉，可以合适地作为再生氯乙烯复合物等的再生氯乙烯材料予以利用，此外，轻质粉，例如纸浆可以作为起绒壁纸(fleece wallpaper)的材料或土壤改良剂予以利用，纤维可以作为再生树脂原料予以利用。

特别地，在复合树脂废弃材料，例如氯乙烯壁纸(氯乙烯树脂和增塑剂约40wt％，填充材料约20wt％，衬里纸约40wt％)中，年总排出量约10万吨中被再生资源化的仅为1000吨，是建设类废弃物之中再生资源化最困难的材料。但是，根据上述的装置和方法，进行微粉化至300μm以下程度，能够得到被分离为由氯乙烯树脂+增塑剂+填充剂构成的树脂复合粉和纤维粉的粉。此外，因为由于离心力而被分离为重质粉(例如，由氯乙烯树脂+增塑剂+填充剂形成的树脂复合粉)和轻质粉(来自衬里纸的纸浆)，所以也容易再利用。

另外，本发明不限定于上述实施方式，可以有各种变形方式。

例如，筒状容器10也可以不是完全配置在水平方向上，例如，也可以倾斜30°左右。此外，筒状容器10也可以为锥形形状。

此外，杆30也可以不完全与旋转轴20平行，例如，也可以倾斜10°左右使得杆30的一端接近或远离旋转轴20，此外，杆30的一端也可以在旋转方向上倾斜10°左右。

此外，杆固定部件40的形状，也可以不是具有开口42且包围旋转轴20的框状，例如，如图4所示，也可以为如下结构，即，在旋转半径比杆30更短的部分上形成有能够进行向旋转轴20的轴方向的气体流通的缺口42a，并且从旋转轴起以放射状延伸的结构。此外，即使没有开口或缺口也可以进行至300μm以下的粉体化。

此外，作为打击部件可以不是如图(3)的(a)所示的形状，而是例如如下的形状：如图3的(b)所示，也可以是主体部51成为板状，即，轴方向上的长度51W小于前端部51b的宽度51H；如图3的(c)所示，也可以是基部51a为筒状，前端部51b为板状且该板的一边固定在管部52上的形状；如图3的(d)所示，也可以是前端部51b为棒状的形状；如图3的(e)所示，也可以是主体部51包围管部52的环状，且主体部51的内侧的一部分与管部52的外周相接并被固定的偏心环状的形状；如图3的(f)所示，也可以是不具有管部52而在主体部51中形成贯穿孔51c的形状；如图3的(g)所示，也可以是在(b)的主体部51的旋转方向侧的侧面进一步形成有刃的形状。

此外，也可以向筒状容器10内供给除去静电用的离子。此外，也可以在筒状容器10的内周面进行陶瓷涂布，也可以形成凹凸。

此外，出口10b的轴方向的位置没有特别限定，此外，也可以设置2个以上并根据对象物和运转条件分开使用。

实施例

利用图1所示的装置，将1000kg的氯乙烯壁纸(由氯乙烯树脂、增塑剂和填充材料形成的树脂复合物约60wt％，衬里纸约40wt％)粉体化。打击部件的前端的圆周速度为150m/s。

其结果是，被粉体化至50～500μm左右。回收在容器12中的粉体为550kg，其组成为，由氯乙烯树脂+增塑剂+填充材料形成的树脂复合物粉为90wt％，纸浆为10wt％。回收在袋式除尘器80中的粉体为450kg，其组成为，由氯乙烯树脂+增塑剂+填充材料形成的树脂复合物粉为20wt％，纸浆为80wt％。这些纸浆和氯乙烯树脂复合物粉已经被机械分离，通过利用筛等的进一步的精密分离和分级处理，可以以99.5％以上的分离度得到300μm以下的树脂复合物粉和纤维长度1～3mm的纸浆纤维。在图5、图6中分别表示树脂复合粉的SEM照片和纸浆的SEM照片。

Claims (6)

1.一种粉体化装置，其特征在于，

具备：

在大致水平方向上配置的筒状容器；

沿着所述筒状容器的轴配置的旋转轴；

离开所述旋转轴而在所述筒状容器的内壁附近的位置上与所述旋转轴大致平行地设置的多个杆；

将所述多个杆固定在所述旋转轴上的杆固定部件；

设置在所述各杆上的多个打击部件。

2.如权利要求1所述的粉体化装置，其特征在于，

所述杆固定部件至少在旋转半径比所述杆更短的部分上具有开口或缺口。

3.如权利要求2所述的粉体化装置，其特征在于，

在所述筒状容器内的距所述旋转轴的距离互相不同的位置上，分别设置有已被粉体化的对象物的出口。

4.如权利要求1～3的任意一项所述的粉体化装置，其特征在于，

所述出口中的距所述旋转轴的距离最长的出口形成在所述筒状容器的周面上。

5.如权利要求1～4的任意一项所述的粉体化装置，其特征在于，

在所述旋转轴旋转时，所述打击部件的前端的圆周速度为50m/s以上，优选为100m/s以上，更优选为120m/s以上。

6.一种粉体化方法，其特征在于，

利用如权利要求1～5所述的粉体化装置对对象物进行粉体化。

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