CN110072788A - 固体粒子的搬运方法及搬运系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体粒子的搬运方法，其是对固体粒子进行气流搬运的方法，其中，所述固体粒子由可发生解离至少一种气体成分的解离平衡反应的固体物质构成，通过含有所述气体成分的气体流搬运所述固体粒子。所述固体粒子的平均粒径优选为0.1mm以上且1.0mm以下。另外，也优选利用悬浮流、流动化或流塞流状态的所述气体流来搬运所述固体粒子。此外，优选所述固体粒子由可发生解离成至少一种气体成分和至少一种固体成分的解离平衡反应的固体物质构成，在搬运管内利用所述气体流搬运所述固体粒子，并且利用该气体流除去附着在所述搬运管内表面的该固体粒子或所述固体成分。

Description

固体粒子的搬运方法及搬运系统

技术领域

本发明涉及固体粒子的搬运方法和搬运系统。

背景技术

以往，当将原料固体粒子搬运到产品的制造设备时、将燃料固体粒子向燃烧炉搬运时、或者从制造设备等排放作为废弃物的固体粒子时等，进行使用气体搬运它们的气流搬运。

例如，专利文献1中记载了在使用干燥空气使粉体干燥的状态下从配管内加压搬运的方法。

另外，专利文献2中记载了如下方法：对粉粒体搬运管内的堵塞进行压力检测，当确认到堵塞时，通过用高压流体进行吹扫来对配管内进行清洗。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-012073号公报

专利文献2：日本特开平9-323822号公报

发明内容

当固体粒子在气相中可发生解离不同成分的解离平衡反应时，有时该固体粒子的一部分随着气流搬运中的摩擦等而解离、变质，在该情况下，难以维持品质。另外，若发生这样的解离，则有时因所产生的变质物的附着等而导致搬运路径堵塞。因此，在气相中可发生解离不同成分的解离平衡反应的固体粒子无法进行以往的气流搬运，不得不使用输送带等搬运用设备进行搬运。当使用输送带等时，搬运路径、搬运容器的选择存在限制，这成为降低搬运成本时的障碍。

因此，本发明的目的在于提供一种能够消除上述现有技术所具有的缺点的固体粒子的搬运方法。

本发明者们进行了深入研究，结果发现，在搬运可发生解离气体成分的解离平衡反应的固体粒子时，通过利用含有该气体成分的气流来搬运该固体粒子，能够在抑制解离的情况下进行搬运。

本发明是基于该见解而完成的，本发明涉及一种固体粒子的搬运方法，其是对固体粒子进行气流搬运的方法，其中，

所述固体粒子由可发生解离至少一种气体成分的解离平衡反应的固体物质构成，

通过含有所述气体成分的气流来搬运所述固体粒子。

附图说明

图1是表示适合用于本发明的搬运方法的搬运系统的一个例子的示意图。

具体实施方式

以下，基于其优选的实施方式对本发明的固体粒子的搬运方法及搬运系统进行说明。

作为本发明中的搬运对象的固体粒子由可发生解离至少一种气体成分的解离平衡反应的固体物质构成。

解离是指络合物、分子或盐等分离或分裂，产生更小的分子、离子或自由基的一般的过程。另外，平衡反应是指，在可逆反应中，随着反应的进行，正方向的反应速度和反方向的反应速度变得相等，原料和产物的组成比在外观上不发生变化的反应。

可发生解离至少一种气体成分的解离平衡反应是指，只要有可能在对固体粒子进行气流搬运时的温度及压力下、在自然状态下理论上发生气相中的解离平衡反应即可。所谓在自然状态下是指，不人为地为了使固体粒子解离而进行等离子体等能量的附加。

从容易得到通过本搬运方法进行的搬运的稳定性的观点出发，优选固体物质可发生解离成至少一种气体成分和至少一种固体成分的解离平衡反应。此时，当设固体物质为A、固体成分为B、气体成分为C、固体物质的摩尔数为x、固体成分的摩尔数为y、气体成分的摩尔数为z时，解离平衡反应式如下所述。

[数学式1]

当固体粒子可发生上述式的解离平衡反应时，将气密的容器中的固体物质A的摩尔浓度设为[A](mol/L)、将固体成分B的摩尔浓度设为[B](mol/L)、将气体成分C的摩尔浓度设为[C](mol/L)时的该解离平衡反应的解离常数K由下式表示。

[数学式2]

由于固体粒子的解离而产生的气体成分只要在常温(25℃)常压(1个大气压)下为气体成分即可，固体粒子及通过其解离可产生的固体成分只要在常温(25℃)常压(1个大气压)下为固体即可。更优选的是，所述气体成分在固体粒子的搬运气氛即包含气体成分的气体流的后述优选的温度及压力下为气体，并且固体粒子及通过其解离所产生的固体成分在气体流的后述优选的温度及压力下为固体。

本搬运方法的特征之一在于，使固体粒子可通过解离平衡反应解离的气体成分含有在搬运固体粒子的气体流中。例如，在固体粒子由LiPF₆构成的情况下，LiPF₆基于下述式发生解离平衡反应，气体流包含PF₅。PF₅在常温(25℃)常压(1个大气压)下为气体，LiF在常温常压下为固体。

[数学式3]

通过搬运气氛包含特定的气体成分，解离平衡反应的平衡以降低该气体成分的量的方式移动。即，正反应(解离反应)的反应速度降低，逆反应(缔合反应)的反应速度变大。因此，通过本搬运系统10及使用了该搬运系统10的搬运方法，能够在抑制固体粒子的解离反应的情况下搬运固体粒子。

作为气体流中含有的气体成分，可以使用市售的气体成分，也可以通过公知的方法制造。气体流可以仅由上述的气体成分构成，但从成本降低、气体流的处理容易性的观点出发，除了该气体成分以外，还可以含有其他气体。作为其他气体，从容易发挥防止因使用气体成分而引起的固体粒子的解离的效果的角度出发，优选使用不参与固体粒子的解离平衡反应的气体。作为不参与固体粒子的解离平衡反应的气体，可列举出与固体粒子、固体成分及气体成分均不发生化学反应的气体。作为不参与固体粒子的解离平衡反应的气体的具体例，可以举出氩气、氮气、氦气等不活泼性气体、或调整了露点的干燥空气等。

当气体流为上述气体成分与不活泼性气体的混合气体时，从容易得到防止固体粒子解离的效果的角度出发，气体流中的上述气体成分与不活泼性气体的比例(体积比率)优选前者/后者为1/10000以上。从成本降低、气体流的处理容易性的观点出发，气体流中的上述气体成分与不活泼性气体的比例(体积比率)优选前者/后者为1/25以下。基于这些理由，气体流中的上述气体成分与不活泼性气体的比例(体积比率)更优选为1/6000以上且1/25以下。但是，所述气体成分也可以是100体积％。另外，气体流中，除上述气体成分和不活泼性气体以外的气体的比例优选为1体积％以下，更优选为0.1体积％以下。

固体粒子的搬运气氛、即气体流的温度为外部气温以上时，由于不进行温度调整即容易搬运固体粒子，因此优选；为60℃以下时，由于更容易抑制固体粒子的解离，因此优选。从该观点出发，气体流的温度更优选为外部气温以上且60℃以下，特别优选为外部气温以上且40℃以下。作为外部气温，例如可以举出5℃以上，但不限定于此。

如后所述，当构成固体粒子的固体物质如后所述为LiPF₆或LiBF₄时，从防止水与这些固体物质的反应的角度出发，优选气体流中的水分量极少。例如，气体流中的水分量以体积基准计优选为1000ppm以下，更优选为100ppm以下。

固体粒子可以在悬浮流、流动化流或者塞流的任意状态下由上述气体流搬运。

悬浮流是搬运管内的风速快、粒子一边飞翔一边移动的流动，属于所谓的低浓度搬运方式。在悬浮流中，有风速比较慢且粒子集中于搬运管底部这样的悬浮管底流、和风速快且粒子在搬运管内被以分散状态搬运的悬浮分散流。

流动化流是指粒体在搬运管的底部如沙丘那样以集团流的形式一边滑动一边移动的流动，是高浓度搬运方式之一。在粗粉的情况下，流动化流的形成原理与塞流大致相同。但是，没有如塞流那样地粒子集团堵塞搬运管截面那样的部分或非常少。在微粉的情况下，是利用了由喷流现象(flushing phenomenon)引起的流动化的原理的搬运方式，特别是容易含有空气，适合于喷流性强的微粉的搬运。

所谓塞流，是粉粒体不飞翔而是一边形成活塞那样的集团一边移动的流动，是高浓度搬运方式之一。在以这样的方式进行搬运的系统中，空气消耗量少，搬运效率良好，而且搬运物的破碎、配管磨损等少。

气流搬运装置有低压吸引式、低压压送式、高压压送式、塞式搬运式及空气滑动，可以采用任意一种。通常，基于悬浮流的搬运通过低压吸引式、低压压送式进行，基于流动化流的搬运通过高压压送式进行，基于塞流的搬运通过塞式搬运式或空气滑动来进行。

固体粒子的气流搬运的距离例如为2m以上且100m以下，特别是5m以上且50m以下，除了容易得到搬运路径选择的灵活性高的气流搬运的优点以外，从搬运容易性等角度出发也是优选的。另外，从容易得到气流搬运的优点的角度及搬运容易性的角度出发，气流搬运的到达点优选比气流搬运的起点高，更优选在0.5m以上且50m以下的高位置。此外，作为搬运管的直径(内径)，一般可以举出2.5cm以上且13.5cm以下。

从容易利用上述的悬浮流、流动化流动或塞流、特别是流动化流或塞流状态的上述气体流搬运固体粒子的角度出发，优选固体粒子的平均粒径为1mm以下。另外，从容易防止粒子凝聚的观点、防止向搬运配管附着的观点出发，优选上述平均粒径为0.01mm以上。根据这些观点，固体粒子的平均粒径更优选为0.01mm以上且1.0mm以下，特别优选为0.05mm以上且0.4mm以下，最优选为0.1mm以上且0.4mm以下。固体粒子的平均粒径通过以下的方法测定。这里所说的平均粒径不限于气体搬运中，只要未经过使粒径明显变化的处理(粉碎等)，也可以将搬运前和搬运后的任意固体粒子作为测定对象。

<平均粒径的测定方法>

测定粒度分布后，算出平均粒径。

粒度分布的测定方法可以使用筛、激光衍射等通常的方法。本说明书中，平均粒径的计算所需的粒度分布的测定方法为利用筛的方法。即使在通过激光衍射等其他方法测得的平均粒径不包含在上述范围内的情况下，只要在利用筛的方法中平均粒径在上述范围内即为符合。基于筛分法的平均粒径是根据重量分布算出的加权平均直径。具体而言，平均粒径的测定依据JISZ8815的“筛分试验方法通则”，利用干式法、在温度为15～30℃、露点为―20℃以下的不活泼性气体气氛条件下使用4段以上的筛进行。

气体流的压力根据是利用悬浮流、流动化流或塞流中的哪一个来搬运固体粒子而有较大不同，但通常为了提高搬运效率、防止粒子间产生摩擦热而进一步抑制解离，在吸引的情况下，优选为―50kPaG以上且大气压以下，在压送的情况下，优选为大气压以上且400kPaG以下。

固体粒子优选在搬运管内由上述气体流搬运。另外，更优选通过该气体流除去附着在搬运管内表面的该固体粒子或因该固体粒子的解离而产生的固体成分。关于通过气体流除去附着在搬运管内表面的固体成分或固体粒子的具体例，将在后面叙述。

固体粒子优选在封闭的搬运路径内被搬运。这里所说的“封闭”是指能够防止固体粒子向外部飞散的程度的密闭度。更优选固体粒子在具有气密性的搬运路径内被搬运，从能够防止来自外部的水分等的浸入、抑制固体粒子变质的角度、能够防止气体流中的气体成分向外部流出的角度出发是优选的。

另外，在本发明中，从能够提高搬运中使用的气体成分的利用效率、降低搬运成本的角度出发，优选在搬运路径中使气体流循环，特别优选在具有气密性的搬运路径中使气体流循环。

固体物质优选为含氟无机盐，特别优选为以PF₆ ^-或BF₄ ^-为阴离子的盐。以PF₆ ^-或BF₄ ^-为阴离子的盐在常温(25℃)下可以容易地发生解离属于气体氟化合物的PF₅或BF₃的解离平衡反应。其中，从获得容易性的角度、在电池等各种领域中广泛使用且有用性高的角度出发，优选PF₆ ^-或BF₄ ^-的碱金属盐。特别是LiPF₆ ^-或LiBF₄ ^-作为锂电池的电解质的需求高，通过对其进行气流搬运，可得到能够降低电解质和使用了该电解质的锂电池的制造成本这样的产业上的效果，从这个角度出发是优选的。

需要说明的是，LiPF₆在常温常压下以及上述优选的气体流的温度、压力下，可发生基于上述列举的式的解离平衡反应。

另外，LiBF₄在常温常压下以及上述优选的气体流的温度、压力下，可发生基于下述式的解离平衡反应。BF₃在常温常压下为气体。

从抑制能够解离气体成分的固体物质的解离、提高能够进行气流搬运的效果的优点的角度出发，作为搬运对象的固体粒子中，可发生解离至少一种气体成分的解离平衡反应的固体物质的比例优选为10质量％以上，更优选为30质量％以上，更进一步优选为50质量％以上，特别优选为70质量％以上，最优选为90质量％以上。该含有率只要是例如LiPF₆或LiBF₄，则可以通过离子色谱法进行测定。

[数学式4]

以下，基于有关固体粒子的搬运系统10的图1进一步详述本搬运方法及搬运系统。

图1所示的搬运系统10具有将作为搬运物的固体粒子装入且将该固体粒子供给至搬运路径24的转移机构21、与转移机构21连接、能够搬运从该转移机构21供给的固体粒子的搬运路径24、与搬运路径24连接、从搬运路径24接收固体粒子的接收机构20、以及向转移机构21供给固体粒子的固体粒子供给路径23。

作为转移机构21和接收机构20，例如可以使用料斗。作为搬运路径24，可使用在气流搬运中通常使用的形状的搬运管。另外，作为构成转移机构21、接收机构20及搬运路径24以及系统10的各种气体管的构成材料，可任意使用对固体粒子、气体流的构成成分稳定、对气流搬运的压力具有耐久性的材料。作为这样的材料的具体例，可以举出氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、氟系树脂(PTFE、PFA、PVDF等)、金属配管(铁、不锈钢、合金钢等)。

此外，搬运系统10除了搬运路径24以外，还具有连接接收机构20和转移机构21的气体返回路径26，和与气体返回路径26连接、将含有特定的气体成分的气体导入到气体返回路径26的气体供给路径25，以及设置在气体返回路径26的中途并通过压送力或吸引力在搬运路径24中产生悬浮流、流动化流或者塞流的鼓风机22。在本系统中，鼓风机是循环机构的例子。

在搬运系统10中，首先通过固体粒子供给路径23向转移机构21供给固体粒子。另外，从气体供给路径25向气体返回路径26供给包含上述特定的气体成分的气体。上述气体通过鼓风机22作为气体流被送入到转移机构21，进而在搬运路径24中连同固体粒子一起被移送。此外，在搬运路径24中，通过鼓风机22产生的压送力或吸引力，气体流搬运固体粒子，到达接收机构20。到达接收机构20的固体粒子被直接储藏，或者被送到下一工序。另一方面，在接收机构20中，气体流离开固体粒子，通过气体返回路径26返回到鼓风机22，通过鼓风机22再次被送入到转移机构21及搬运路径24，用于固体粒子的搬运。在气体返回路径26中的接收机构20与鼓风机22之间，为了可靠地分离气体流和固体粒子，也可以设置未图示的过滤器等。另外，也可以设置将搬运至接收机构20的固体粒子移送至其他部位的未图示的移送机构。

在以上构成的本搬运系统10及使用了该搬运系统10的搬运方法中，通过在搬运固体粒子的气体流中含有因固体粒子的解离而产生的气体成分，能够在抑制固体粒子的解离的情况下搬运固体粒子。

另外，根据搬运系统10，通过搬运路径24和气体返回路径26这两个路径连接接收机构20和转移机构21，气体返回路径26和搬运路径24构成气体的循环路径。通过该构成，能够一边使含有特定的气体成分的气体流循环，一边在搬运路径24中搬运固体粒子。

气体返回路径26及搬运路径24以及接收机构20及转移机构21均相对于外部空间封闭地形成。如上所述，优选这些机构及路径形成相对于外部空间气密地保持的气密的内部空间，在该气密的内部空间内使含有特定的气体成分的气体流循环。

此外，如图1所示，优选系统10中，气体返回路径26和搬运路径24通过用于从转移机构21迂回的迂回路径27连接。迂回路径27与气体返回路径26以及搬运路径24各自的转移机构21附近连接。在比气体返回路径26中的迂回路径27的连接部更靠转移机构21侧的部分(以下也称为“第1分支部”)26a、以及比搬运路径24中的迂回路径27的连接部更靠转移机构21侧的部分(以下也称为“第2分支部”)24a分别设有阀26b以及24b。另外，在迂回路径27上也设有阀27b。通过这些阀，第1分支部26a、第2分支部24a以及迂回路径27能够分别独立地开闭。另外，在具有迂回路径27的情况下，优选使用压送鼓风机作为鼓风机22。

通过以上的构成，例如，在搬运路径24中未发生由固体粒子或因该固体粒子的解离产生的固体成分引起的堵塞的情况下，预先关闭迂回路径27中的阀27b而打开上述阀26b和阀24b。由此，来自鼓风机22的气体流不通过迂回路径27而主要通过转移机构21供给到搬运路径24，用于固体粒子的搬运。

另一方面，在搬运路径24中发生由固体粒子或因该固体粒子的解离而产生的固体成分引起的堵塞的情况下，打开迂回路径27中的阀27b而关闭上述第1分支部26a及第2分支部24a各自的阀26b及24b。由此，来自鼓风机22的气体流不通过转移机构21而通过迂回路径27供给到搬运路径24。通过迂回路径27的气体流具有不受固体粒子的阻力那样的较高压力。因此，能够吹扫附着于搬运路径24的固体粒子或固体成分，能够除去搬运路径24的堵塞。在除去堵塞之后，当再次关闭迂回路径27的阀27b而打开第1分支部26a以及第2分支部24a的阀26b以及24b时，就能够再次开始固体粒子的搬运。

搬运路径24的堵塞的检测以及迂回路径27、第1分支部26a以及第2分支部24a中的阀的开闭可通过公知的手段来进行。例如，可使用专利文献2中记载的堵塞检测机构，基于通过该检测机构得到的检测结果，能够利用未图示的控制机构对上述各阀进行开闭。

如上所述，说明了本实施方式的系统10，但本发明并不限定于该系统10。例如，也可以代替鼓风机22或者在此基础上使用真空泵等，通过其吸引力来搬运固体粒子。

实施例

以下，通过实施例更详细地说明本发明。但是，本发明的范围并不限定于该实施例。在以下的实施例中，只要没有特别说明，“％”是指“质量％”。

〔实施例1〕

使用图1所示的搬运系统10。在外部气温为10℃的环境下进行。

作为转移机构21，使用不锈钢制的料斗。作为接收机构20，使用距转移机构21为20m高且与在地面平行的方向上隔开10m的位置配置的不锈钢制的料斗。作为连接转移机构21及接收机构20的搬运路径24，使用直径(内径)为5cm、长度为30m的不锈钢制的管。

从固体粒子供给路径23将100kg平均粒径为0.22mm的LiPF₆粉末加入到转移机构21中。关闭迂回路径27中的阀27b、打开第1分支部26a以及第2分支部24a中的阀26b以及24b。将由N₂气：99.98体积％及PF₅气：0.02体积％构成的气体流(以体积基准计，水分量为20ppm)从气体供给路径25导入至气体返回路径26，通过鼓风机22以温度为10℃、鼓风机22的吸引压力为―20kPaG导入到转移机构21，使其在搬运路径24及气体返回路径26中循环。利用产生的气体流在搬运路径24内对LiPF₆粉末进行高压压送，作为流动化流到达接收机构20。

〔比较例1〕

除了将气体流的组成设定为N₂气：100体积％以外，与实施例1同样地对LiPF₆粉末进行气流搬运。

〔实施例2〕

将装入转移机构21的LiPF₆粉末100kg变更为平均粒径为0.13mm的LiBF₄粉末100kg。另外，将气体流的组成变更为N₂气：90体积％、BF3气：10体积％。除了这些点以外，与实施例1同样地对LiBF₄粉末进行气流搬运。

[比较例2]

除了将气体流的组成设定为N₂气：100体积％以外，与实施例2同样地对LiBF₄粉末进行气流搬运。

将在各实施例及比较例中到达接收机构20的固体粒子(LiPF₆粉末或LiBF₄粉末)供于下述评价。

〔评价〕

作为溶剂，将1.5L的1，2-二甲氧基乙烷放入烧杯中，将液温设定为25℃。将100g固体粒子放入烧杯中搅拌3分钟使其溶解。将得到的溶液用PTFE(聚四氟乙烯)型膜滤器(孔径为0.1μm)实施过滤处理，在滤出不溶解成分后，用干燥器使其与膜过滤器一起干燥。将各实施例及比较例的不溶解成分的质量示于下述表1。

[表1]

如表1所示，即使在搬运相同的LiPF₆粉末的情况下，在使用了包含作为LiPF₆的解离气体的PF₅的气体流的实施例1中，与使用了不含PF₅的气体流的比较例1相比，搬运后的不溶解成分少。在代替LiPF₆粉末而搬运LiBF₄粉末的实施例2和比较例2中也同样。

LiPF₆粉末和LiBF₄粉末容易溶解在评价中使用的溶剂中。另一方面，通过这些粉末的解离而产生的氟化锂LiF不溶于该溶剂。因此，不溶解成分的析出表示因搬运中的解离而引起的变质。

根据以上可知，通过本发明的搬运方法，能够在有效地抑制由可发生解离气体成分的解离平衡反应的固体物质构成的固体粒子的解离的情况下，搬运固体粒子。

产业上的可利用性

本发明能够在抑制通过以往的气流搬运方法无法搬运的、可解离气体成分的固体粒子的解离的情况下进行气流搬运。因此，能够灵活地选择搬运容器、搬运路径，能够大幅度地削减搬运成本。

Claims (7)

1.一种固体粒子的搬运方法，其是对固体粒子进行气流搬运的方法，其中，

所述固体粒子由可发生解离至少一种气体成分的解离平衡反应的固体物质构成，

通过含有所述气体成分的气体流来搬运所述固体粒子。

2.根据权利要求1所述的搬运方法，其中，

所述固体粒子的平均粒径为0.1mm以上且1.0mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的搬运方法，其中，

利用悬浮流、流动化流或塞流状态的所述气体流来搬运所述固体粒子。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的搬运方法，其中，

所述固体粒子由可发生解离成至少一种气体成分和至少一种固体成分的解离平衡反应的固体物质构成，

在搬运管内通过所述气体流搬运所述固体粒子，并且通过该气体流除去附着于所述搬运管内表面的该固体粒子或所述固体成分。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的搬运方法，其中，

在封闭的搬运路径内使所述气体流循环，通过该气体流搬运所述固体粒子。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的搬运方法，其中，

所述固体物质为LiPF₆或LiBF₄。

7.一种搬运系统，其是具有封闭的搬运路径、在该搬运路径中搬运固体粒子的系统，其中，

所述固体粒子由可发生解离至少一种气体成分的解离平衡反应的固体物质构成，

所述系统具有使含有所述气体成分的气体流在所述搬运路径内循环的循环机构，通过该气体流搬运所述固体粒子。