JP2003071269A

JP2003071269A - リン回収材の造粒方法

Info

Publication number: JP2003071269A
Application number: JP2001268694A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Anzai; 宏明安在; Haruo Hanaoka; 春雄花岡; Kazuhiro Nandate; 和宏南舘; Tadashi Matsumoto; 忠司松本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2001-09-05
Publication date: 2003-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】リン回収材として最適な粒径の顆粒を歩留ま
り良く製造する。【解決手段】珪酸質材料よりなる粉体及び石灰質材料
よりなる粉体を混合した原料粉Ｆを、傾斜した回転軸Ｈ
回りに回転するパン１１内に連続的に供給すると共に、
パン１１内にて転動する原料粉に対して連続的に散水す
ることで、水の粒を核として原料粉を転動造粒するリン
回収材の造粒方法において、散水量を原料粉の４．５〜
１０％に設定し、散水ポイントＰ２を、パン１１内に供
給された原料粉が、傾斜したパン１１の回転に伴って上
部に持ち上げられた後、自重で落下する際の落下直後の
パンの回転中心Ｏよりも低い位置に設定し、散水圧をエ
ア加圧タンク３２により加える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水処理場等にお
いて脱リン処理に使用されるリン回収材（トバモライト
顆粒）の造粒方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、生活排水等のリン汚染水からリン
を除去するための水質浄化用リン回収材の製造方法とし
て、セメント等の石灰質原料と珪酸質原料に水を加えて
転造造粒し、得られた成形体をオートクレーブ養生する
ことにより、リン回収材を得る方法が知られている。

【０００３】この場合の造粒は、傾斜して回転するパン
（造粒皿）に原料粉を連続供給しつつ水分を適度に与え
て造粒の核を生成し、パン内を転動した核に粉が付着す
ることにより行われる。その場合、原料粉は、最初、パ
ンの底部で転動流の外周軌道を循環するが、粒が成長す
るにつれて徐々に表層に向かい、転動流の内側軌道を循
環するようになり、所定の粒度まで造粒された粒は表層
に浮上転動し、自己分級作用によって所定の粒径群のみ
がパンの縁から溢流して機外に排出され、造粒産物とな
る。

【０００４】図７は特開平８−７１４０２号公報や特開
平１０−１７７４８５９号公報などに記載された一般的
な回転皿型造粒装置を示す図であり、この図を用いて造
粒の原理を説明する。図示の回転皿式造粒装置は、パン
（造粒皿）１と、パン１の回転機構（図示略）と、パン
１の傾斜機構４と、これらを支持するフレーム５とを備
えている。パン１は、底面が円形で、所定高さの起立し
た縁１Ａを持つものであり、回転機構により、パン１の
底面の中心を通る法線Ｈのまわりに一定速度で回転させ
られる。パン１の底面は水平方向に対して傾斜してお
り、傾斜機構４により傾斜角度が調節できるようになっ
ている。

【０００５】造粒運転する場合は、予め傾斜機構４によ
り、所定の大きさの生ペレットを造粒できるように、パ
ン１の傾斜角度を設定する。そして、パン１の回転機構
を作動させて、所定の回転速度でパン１を回転させる。
その状態で、原料粉フィーダ（図示せず）より、パン１
内に原料粉を供給すると共に、散水ノズル（図示略）に
より原料粉に対し散水する。

【０００６】傾斜して回転するパン１内に供給された原
料粉は、遠心力及びパン１の内面との摩擦力を受けて、
パン１の底面上を円弧状に移動する。この際、パン１の
底面が水平方向に対して傾斜していることにより、所定
の高さまで移動した原料粉は重力でパン１の底面上を転
がり落ちる。原料粉がパン１内で移動する過程で、水分
を含む粒を核としてその周りに原料粉が雪だるま式に付
着して粒（生ペレット）が成長する。その生ペレット
は、パン１内で原料粉同様の運動をしながら成長する。
図中二点鎖線で示すように、パン１内における生ペレッ
トの運動の軌跡のループは、生ペレットの成長とともに
大きくなる。原料フィーダよりパン１内に原料粉が連続
的に供給されることにより、所定の大きさに成長した生
ペレットはパン１から溢れてシュート３にこぼれる。パ
ン１からこぼれた生ペレットは、シュート３をすべり落
ちた後、回収されて次工程に送られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
回転皿型造粒装置を使用して造粒を実施するに当たって
は、粒体の品質や歩留まり等が、パン１の径や傾斜角、
回転数、その深さ等の運転初期条件、あるいは、粉体
量、粉体成分等によって決定されるのであるが、従来で
はリン回収材を造粒する上での最適な条件がまだ見つか
っておらず、欲しい粒径の歩留まりが高くならないとい
う問題があった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮し、リン回収材
として最適な粒径の顆粒を歩留まり良く製造することの
できるリン回収材の造粒方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、珪酸
質材料よりなる粉体及び石灰質材料よりなる粉体を混合
した原料粉を、傾斜した軸回りに回転するパン形造粒皿
内に連続的に供給すると共に、造粒皿内にて転動する原
料粉に対して添加液を連続的に散液することで、添加液
を核として原料粉を転動造粒するリン回収材の造粒方法
において、前記添加液の散液量を、造粒皿内に連続供給
する原料粉の４．５〜１０％に設定したことを特徴とす
る。

【００１０】この発明では、造粒皿内に添加する添加液
の散液量を、造粒皿内に連続供給する原料粉の４．５〜
１０％に設定したので、リン回収材として有効な造粒を
歩留まり良く行うことができる。因みに１０％以上の散
液量だと、水分過多による雪だるま作用により粒径が大
きくなる傾向が出てきて粒が重くなったり硬くなったり
し、オートクレーブ養生した際に、ポーラス性の高いリ
ン回収材とならない。また、４．５％以下の散液量だ
と、水分不足により少々粉っぽくなり、適正粒径のリン
回収材の歩留まりが悪化する。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１において、造
粒皿内の原料に対する前記添加液の散液ポイントを、造
粒皿内に供給された原料粉が、傾斜した造粒皿の回転に
伴って上部に持ち上げられた後、自重で落下する際、造
粒皿の回転中心よりも低い位置に設定したことを特徴と
する。

【００１２】この発明では、散液ポイントを原料粉が転
回する際の落下後の造粒皿の回転中心よりも低い位置に
設定しているので、ある程度厚みが確保された状態の原
料粉に対して添加液を散布することができる。従って、
細かい粒が多い落下開始点付近（放物線の頂点付近）に
散液ポイントを設定している従来例に比べて、散水圧に
より微粉が飛散する懸念がない。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１または２にお
いて、前記添加液の散液圧をエア加圧タンクにより加え
ることを特徴とする。

【００１４】この発明では、エア加圧タンクの圧力で添
加液の散液圧を設定するので、ポンプで散液圧を与える
のと違って、均一な変動のない圧力で添加液を原料粉に
対し散布することができる。従って、粒径のばらつきを
抑えることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の方法を実施するため
の回転皿式造粒装置であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図である。この造粒装置は、パン（造粒皿）１１
と、パン１１の回転機構１２と、パン１１の正面から見
て右寄りに配されたシュート（図示略）と、パン１１の
傾斜角度θを調整する傾斜機構１４と、これらの要素を
支持するキャスタ付きフレーム１５とを備えている。パ
ン１１は、底面が円形で、所定高さの起立した縁壁部１
１Ａを持つものであり、回転機構１２により、パン１１
の底面の中心を通る法線Ｈのまわりに、正面から見て反
時計方向（矢印あ方向）に一定速度で回転させられる。
パン１１の底面は水平方向に対して傾斜しており、傾斜
機構１４により傾斜角度θが調節できるようになってい
る。

【００１６】ここで使用されているパン１１は、ステン
レス（ＳＵＳ３０４）製で、直径１ｍφ、７０ｍｍ深さ
のものである。内面の平坦度は普通でよいが、表面研磨
により内面が♯２００〜４００の表面粗さに仕上げられ
ている。また、立ち上がり壁（縁壁１１Ａ）と底面の交
差する内隅部は、溶接により仕上げられている場合で
も、連続した滑らかな面に仕上げられている。なお、内
隅部にＲを付けてフライパン型に形成してあってもよ
い。

【００１７】造粒装置の本体の上方には原料粉のフィー
ド装置２０が設置されている。フィード装置２０は、原
料粉を収容するホッパー２１と、ダンパ２２と、原料粉
を計量しながら吐出するメジャーリングスクリューコン
ベヤ２３と、スクリューコンベア駆動用のインバータ付
きモータ２４とからなり、スクリューコンベア２３の排
出口２５から所定量の原料粉Ｆを造粒装置のパン１１上
の所定のポイントＰ１に定量供給できるようになってい
る。ホッパー２１の内部は、常時エアブロー（図示略）
されることにより、ホッパー２１内での流動性維持のた
めのエアレーションがなされており、原料粉の見かけ比
重の安定化が図られている。

【００１８】ここで、フィード装置２０によるパン１１
へのフィードポイントＰ１は、パン１１の回転中心Ｏよ
り、正面から見て中央やや右斜め上側に設定されてい
る。この場合、パン１１の回転方向は反時計方向である
から、フィードポイントＰ１はパン１１の下がり回転側
にある。

【００１９】また、造粒装置のパン１１の正面には、散
水機構３０の散水ノズル３１が設置されている。散水機
構３０は、予め設定された散水ポイント（散液ポイン
ト）Ｐ２においてパン１１内の原料粉に対して水を散布
するもので、散水ノズル３１に送水パイプ３３を介して
所定圧の水を送るエア加圧タンク３２を備えている。先
端が散水ノズル３１に接続された送水パイプ３３の基端
は、エア加圧タンク３２の吐出口３４に接続されてい
る。そして、この散水機構３０は、閉空間であるエア加
圧タンク３２内に定圧エア源３５から加圧エアを吹き込
むことで、吹き込んだ加圧エアの水面を押す力により、
一定圧の水を、散水ノズル３１からパン１１に向かって
噴射できるようになっている。なお、エア圧を変えれ
ば、エア圧に応じた散水圧を散水ノズル３１から吹き出
す水に与えることができる。

【００２０】ここで、散水ノズル３１による散水ポイン
トＰ２は、パン１１の回転中心Ｏより、正面から見てや
や右斜め下側に設定されている。この散水ポイントＰ２
は、図２中に矢印Ｇで原料粉及び粒の動きを示すよう
に、パン１１内に供給された原料粉Ｆが、傾斜したパン
１１の回転に伴って上部に持ち上げられた後、自重で落
下する際の落下直後の位置に対応する。この場合、パン
１１の回転方向は反時計方向であるから、散水ポイント
Ｐ２はパン１１の上り回転側にある。具体的な寸法とし
て、散水ポイントＰ２は、パン１１の回転中心Ｏより１
００ｍｍ程度下でやや右に設定され、散水ノズル３１の
高さ（ノズル先端からパン１１までの距離）は２５０ｍ
ｍ程度に設定されている。散水は、パン１１の径の１／
３程度の径で全面散水方式とし、散水ノズル３１にはフ
ルコーン型を使用している。また、散水圧は１．５〜
４．０ｋｇｆ／ｃｍ² の範囲に設定可能となっている。
散水圧がそれ以上に高いと、パン１１内の原料粉の流動
性に影響がでるからである。

【００２１】また、図１に示すように、造粒装置の本体
の前面には、図示しないシュートから落ちてくる造粒産
物を受けるパレット４０が２段の台車４１、４２に載せ
て設けられている。

【００２２】次に、このような構造の造粒装置を用いて
リン回収材を造粒する方法について説明する。まず、こ
こで製造しようとする対象のリン回収材の粒径は、０．
５〜３．４ｍｍφレベルのものである。原料粉として
は、珪酸質材料よりなる粉体及び石灰質材料よりなる粉
体を混合したものを用いる。例えば、セメントと珪石の
混合粉を用いる。この際、作り置き期間の短いもので、
できるだけ乾燥しているものを用いる。

【００２３】造粒条件は次のように設定する。（１）フィード機構２０よりの供給量：２５０Ｋｇ／ｈ程度（２）散水量：原料粉の４．５〜１０重量％（３）散水圧力：４ｋｇｆ／ｃｍ²以下（４）パン１１の傾斜角度θ ：４２〜４８度（５）パン１１の回転速度：２０ｒｐｍ±３ｒｐｍ

【００２４】このように条件設定して造粒を行う。即
ち、原料粉Ｆを、フィード機構２０により、傾斜した回
転軸Ｈ回りに回転するパン１１内に、フィードポイント
Ｐ１にて連続的に供給すると共に、パン１１内にて転動
する原料粉に対して、散水ポイントＰ２にて連続的に散
水する。このようにすると、傾斜して回転するパン１１
内に供給された原料粉は、遠心力及びパン１１の内面と
の摩擦力を受けて、パン１１の底面上を円弧状に移動す
る。この際、パン１１の底面が水平方向に対して傾斜し
ていることにより、所定の高さまで移動した原料粉は、
重力でパン１１の底面上を転がり落ちる。原料粉がパン
１１内で移動する過程で、散水された水分を含む粒を核
として、その周りに原料粉が雪だるま式に付着して粒が
成長する。その粒は、パン１１内で原料粉同様の運動を
しながら成長し、図２中の矢印Ｇで示すように、所定の
大きさに成長した後、パン１１から溢れてシュートにこ
ぼれ、回収されて次工程に送られる。

【００２５】このように造粒するに当たり、パン１１内
の原料粉への散水量及び散水圧を上記のように設定して
いるので、リン回収材として有効な径の粒を歩留まり良
く造り出すことができる。

【００２６】次の表１は、散水量及び散水圧を適当に変
化させた場合の粒径分布及び収率を調べた試験結果を示
すもの、表２は、散水圧と粒径分布及び収率の関係を取
り出して示すものである。

【００２７】但し試験条件は次の通りである。・使用原料：下水処理場向けの配合品・棚吊り防止用エアーブロー装置：連続運転・原料供給量：２５０（ｋｇ／ｈｒ）・パンの運転条件：皿の深さ＝７０ｍｍ回転数＝２０（ｒｐｍ）傾斜角度＝４７度・散水条件：散水装置＝加圧タンク式散水装置、散水用ノズル＝ＴＧ−０．３、０．４、０．５散水圧力＝１．６〜６．２（ｋｇｆ／ｃｍ²）散水量＝１０．００〜２５．２２（Ｌ／ｈｒ）水比＝４．００〜１０．０１（％）・造粒後の散水：自動散水

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表１の内容をグラフにしたものが図３、表
２の内容をグラフにしたものが図４である。なお、表
１、２中の※印のものは粒子形状が悪いのでグラフには
示していない。

【００３１】実験の結果、散水圧力を変えた場合、表中
の※印の造粒物は粒子形状が悪く、特に粒径の大きい部
分（＋１．２ｍｍ）で球形になっていない現象が見られ
た。この現象は散水圧力が４ｋｇｆ／ｃｍ²以上の場合
に起こることが分かった。そして、水比４．５〜１０％
で散水圧力が４ｋｇｆ／ｃｍ²以下の場合に、造粒状態
が概ね良好で粒径率も高いことが分かった。特に散水圧
力は２．５ｋｇｆ／ｃｍ²前後が最も良く、原料の供給
量に対する水比は６．５％前後が最もよいことが分かっ
た。

【００３２】また、原料粉のフィードポイントＰ１を前
述のようにパン１１の回転中心Ｏより上側に設けると共
に、散液ポイントＰ２を原料粉が転回する際の落下直後
のパン１１の回転中心よりも低い位置に設定しているの
で、ある程度厚みが確保された状態の原料粉に対して散
水することができる。従って、細かい粒が多い落下開始
点付近（図２の放物線の頂点付近＝図２中Ｋで示す位置
付近）に散液ポイントＰ２を設定している場合に比べ
て、散水圧により微粉が飛散する懸念がない。

【００３３】また、エア加圧タンク３２の圧力で散水圧
を設定しているので、ポンプで散水圧を与えるのと違っ
て、均一で変動のない圧力で原料粉に対し散水すること
ができる。従って、粒径のばらつきを抑えることができ
る。

【００３４】また、パン１１の傾斜角度θにより造粒成
果に変化が出るが、直径１ｍのパン１１の回転速度を２
０ｒｐｍ±３ｒｐｍに設定し、パン１１の傾斜角度θを
４２〜４８度の範囲に設定しているので、粒度分布を小
さく抑えながら、リン回収材として使用するのに有効な
粒を歩留まり良く造り出すことができる。因みに、パン
１１の傾斜角度θが４２度以下であると、パン１１内で
の原料粉及び粒の付着が多くなり、適正な造粒ができな
くなる。また、パン１１の傾斜角度θが４８度以上であ
ると、粒径が小さくなるものの、全体として粉っぽくな
り歩留まりが悪くなる。傾斜角度θとパン回転速度の間
には相関関係があり、傾斜角度θの１度の変化が、回転
速度の０．３ｒｐｍの変化に相当することが実験的に確
かめられた。

【００３５】次の表３は、パンの傾斜角度を変化させた
場合の粒径分布及び収率を調べた試験結果を示すもので
ある。但し試験条件は次の通りである。・使用原料：下水処理場向けの配合品・棚吊り防止用エアーブロー装置：連続運転・原料供給量：２５０（ｋｇ／ｈｒ）・パンの運転条件：皿の深さ＝７０ｍｍ回転数＝２０（ｒｐｍ）傾斜角度＝４０〜５０度・散水条件：散水装置＝加圧タンク式散水装置、散水用ノズル＝ＴＧ−０．４散水圧力＝２．４（ｋｇｆ／ｃｍ²）散水量＝１５．７４（Ｌ／ｈｒ）水比＝６．３（％）・造粒後の散水：自動散水

【００３６】

【表３】

【００３７】表３の内容をグラフにしたものが図５であ
り、この試験より、パンの傾斜角度が４２度以下では
１．７ｍｍ以下の造粒物が球形にならず、また、４８度
以上では２．４ｍｍ以上の造粒物がいびつな球形になる
ことが分かった。また、粒径が１．２〜２．４ｍｍの造
粒物の収率は、パンの傾斜角度が４２〜４８度のとき５
０％を超え、粒径が０．８５〜３．３５ｍｍの造粒物の
収率は、４２〜４８度で明確なピークがないことが分か
った。従って、造粒皿の傾斜角度は、４２〜４８度の範
囲が望ましいことが分かった。

【００３８】次の表４は、パンの回転数を変化させた場
合の粒径分布及び収率を調べた試験結果を示すものであ
る。但し試験条件は次の通りである。・使用原料：下水処理場向けの配合品・棚吊り防止用エアーブロー装置：連続運転・原料供給量：２５０（ｋｇ／ｈｒ）・パンの運転条件：皿の深さ＝７０ｍｍ回転数＝１５〜２５（ｒｐｍ）傾斜角度＝４７度・散水条件：散水装置＝加圧タンク式散水装置、散水用ノズル＝ＴＧ−０．４散水圧力＝２．４（ｋｇｆ／ｃｍ²）散水量＝１５．７４（Ｌ／ｈｒ）水比＝６．３（％）・造粒後の散水：自動散水

【００３９】

【表４】

【００４０】表４の内容をグラフにしたものが図６であ
り、この試験より、パンの回転数は１７〜２３ｒｐｍと
するのが望ましいことが分かった。例えば、粒径が１．
２〜２．４ｍｍの造粒物の収率はパンの回転数が１９〜
２１ｒｐｍのとき５０％を超え、粒径が０．８５〜３．
３５ｍｍの収率はパンの回転数が１８〜２２ｒｐｍのと
き７０％を超えるからである。また、最初は散水位置を
パンの右側に設定していたが、回転数を上げるに従い新
原料がパンの左側に運ばれるため、散水位置を新原料が
落下する左側に変更するのが、造粒状態や収率を向上す
る上で良いことが分かった。つまり、回転数と散水位置
の組み合わせで、より良い造粒ができる可能性があるこ
とが分かった。

【００４１】また、散水ノズル３１の高さを変化させ
て、０．８〜２．４ｍｍ粒の回収率を調べてみたとこ
ろ、１５０ｍｍ → ６１．７％２００ｍｍ → ６０．３％２５０ｍｍ → ８４．８％３００ｍｍ → ８５．１％３５０ｍｍ → ８３．８％となった。これから、２５０ｍｍ以上のノズル高さが好
ましいことが分かる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、造粒皿内に添加する添加液の散液量を、造粒皿
内に連続供給する原料粉の４．５〜１０％に設定したの
で、リン回収材として有効な造粒を歩留まり良く行うこ
とができる。

【００４３】請求項２の発明によれば、散液ポイントを
原料粉が転回する際の落下直後の位置に設定しているの
で、ある程度厚みが確保された状態の原料粉に対して添
加液を散布することができ、散液圧により微粉が飛散す
る懸念を生じることなく、リン回収材として有効な造粒
を歩留まり良く行うことができる。

【００４４】請求項３の発明によれば、エア加圧タンク
の圧力で添加液の散液圧を設定するので、ポンプで散液
圧を与えるのと違って、均一な変動のない圧力で添加液
を原料粉に対し散布することができ、粒径のばらつきを
抑えながら、リン回収材として有効な造粒を歩留まり良
く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の造粒方法を実施するための造粒装置の
概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図で
ある。

【図２】前記造粒装置のパン（造粒皿）内で起こる原料
粉及び粒の挙動を示す正面図である。

【図３】前記パン内の原料粉に対する散水量（水比）の
違いによる造粒成果の評価を示す図である。

【図４】前記パン内の原料粉に対する散水圧の違いによ
る造粒成果の評価を示す図である。

【図５】前記パンの傾斜角度の違いによる造粒成果の評
価を示す図である。

【図６】前記パンの回転数の違いによる造粒成果の評価
を示す図である。

【図７】従来の造粒方法の説明図である。

【符号の説明】

１１パン３１散水ノズル３２エア加圧タンクＦ原料粉 θ パンの傾斜角度Ｏパンの回転中心Ｈパンの回転軸Ｐ１原料粉のフィードポイントＰ２散水ポイント（散液ポイント）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南舘和宏東京都千代田区大手町１−５−１三菱マテリアル株式会社セメントカンパニー内 (72)発明者松本忠司埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270 株式会社宇部三菱セメント研究所内Ｆターム(参考） 4D038 AA08 AB43 4G004 JA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】珪酸質材料よりなる粉体及び石灰質材料
よりなる粉体を混合した原料粉を、傾斜した軸回りに回
転するパン形造粒皿内に連続的に供給すると共に、造粒
皿内にて転動する原料粉に対して添加液を連続的に散液
することで、添加液を核として原料粉を転動造粒するリ
ン回収材の造粒方法において、前記添加液の散液量を、造粒皿内に連続供給する原料粉
の４．５〜１０％に設定したことを特徴とするリン回収
材の造粒方法。
【請求項２】造粒皿内の原料に対する前記添加液の散
液ポイントを、造粒皿内に供給された原料粉が、傾斜し
た造粒皿の回転に伴って上部に持ち上げられた後、自重
で落下する際、造粒皿の回転中心よりも低い位置に設定
したことを特徴とする請求項１記載のリン回収材の造粒
方法。
【請求項３】前記添加液の散液圧をエア加圧タンクに
より加えることを特徴とする請求項１または２記載のリ
ン回収材の造粒方法。