JP2010143797A - 石灰石の洗浄方法及び洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】粘土類などの微粒子が水分で凝集した混合物が多い低品位石灰石を洗浄処理して、高品位石灰石へ変えることができ、またこの際に生ずる粘土スラリーを再利用する手段と方法を提供する。
【解決手段】粘土類が混在した低品位石灰石を水とともに磨鉱機に供給し低品位石灰石を磨鉱した後、磨鉱した後の石灰石、粘土類および水を含む磨鉱液を分離機に供給し５〜２０ｍｍの大きさを有する石灰石と粘土類を含有する懸濁水を分離する。また、丸鋼形状のロッドが横型回転ドラム式の内部にドラムの長手方向に並行して配列された磨鉱機と、前記磨鉱機に接続され粘土類が混在した低品位石灰石を磨鉱機に供給するための輸送手段と、水を磨鉱機に供給する配管と、前記磨鉱機の出口に接続され磨鉱された石灰石と粘土類を含有する懸濁水を分離するための分離手段とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、石灰石を採掘する鉱山で発生する、主として粘土類が混在した低品位石灰石を高品位石灰石に変換する石灰石の洗浄方法及び洗浄システムに関する。

天然資源の少ない日本にあって、石灰石は豊富であり、石灰石を採掘する鉱山は、日本国内に多数立地している。しかし、石灰石の採掘をする場合、これに付随して粘土類が混在した炭酸カルシウムの含有成分が低い、低品位の石灰石が多く発生する。これらの処理については、石灰石鉱山に近いセメント工場がある場合は、セメント原料の一部として使用することが可能であるが、ハンドリング面、原料調合面から使用量が制限されている。

低品位の石灰石の多くは埋め立て等廃棄されているが、埋立て場所の確保が難しくなってきている。このため炭酸カルシウムの含有成分が低い鉱石、すなわち、主に環境問題を起こす粘土類が主として多量に混在した低品位石灰石の利用については、国内の全ての鉱山開発に避けては通れない課題である。

低品位石灰石から、粘土類を効率よく分離して、低品位石灰石を高品位石灰石に変え有効利用する技術は、日本の石灰石鉱山の宿命と言える。

このため、低品位石灰石を鉱山において水洗浄のみによって、石灰石の高品位化を狙っていたが、石灰石の窪みに入り込んだ微粒の粘土類を十分除去できず、高品位化するには至らなかった。

特開平７−３０８６９９号公報

本発明は、粘土類などの微粒子が水分で凝集した混合物が多い低品位石灰石を洗浄処理して、高品位石灰石へ変えることができ、またこの際に生ずる粘土スラリーを再利用する手段と方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究した結果、低品位石灰石をロッド式の磨鉱機にて研磨水洗、及び篩いを組み合わせることによって高品位石灰石を得ると共に、粘土類を除去した廃棄物となる粘土類の懸濁水を有効利用する方法を見出した。
すなわち、本発明は、粘土類が混在した低品位石灰石を水とともに磨鉱機に供給し低品位石灰石を磨鉱した後、磨鉱した後の石灰石、粘土類および水を含む磨鉱液を分離機に供給し５〜２０ｍｍの大きさを有する石灰石と粘土類を含有する懸濁水を分離することを特徴とする石灰石の洗浄方法である。前記粘土類を含有する懸濁水を重力沈降層に供給し、濃縮された粘土類を含有する粘土スラリーと上澄み液を得ることが好ましい。さらに、前記濃縮された粘土類を含有する粘土スラリーをセメント製造のセメント原料粉砕装置に供給することが好ましい。また、前記上済み液を前記磨鉱機に供給することが好ましい。
また、別の発明としては、丸鋼形状のロッドが横型回転ドラム式の内部にドラムの長手方向に並行して配列された磨鉱機と、前記磨鉱機に接続され粘土類が混在した低品位石灰石を磨鉱機に供給するための輸送手段と、水を磨鉱機に供給する配管と、前記磨鉱機の出口に接続され磨鉱された石灰石と粘土類を含有する懸濁水を分離するための分離手段とを備える石灰石の洗浄システムである。

本発明によれば、低品位石灰石を付加価値の高い高品位石灰石へ変えることが可能となるので、高品位石灰石の需要に応えて安定した供給をすることができる。
また、低品位石灰石を石灰石鉱山の近辺に埋め立て処分することなしに、セメント原料１９の粘土資源の一部として、同時に原料粉砕を効率的に行うための散水処理用水として有効利用が図れた。

低品位石灰石１を高品位石灰石６に変換する方法について、図１を例に詳細に説明する。ここで、本発明でいう低品位石灰石１とは、石灰石成分ＣａＣＯ_３中のＣａＯ成分値で５４質量％未満、特に５３以上５４質量％未満のものをいい、高品位石灰石６とは、石灰石ＣａＣＯ_３中のＣａＯ成分値で５４以上５６質量％以下の範囲のものをいう。混入物のない純粋の石灰石は、ＣａＯ成分値で５６質量％であって、ＣａＯ成分値が低下してゆく低品位石灰石１の場合は粘土類の混入量が増加していることが一般的である。低品位石灰石１では、２．０〜３．０質量％の粘土類が混入している。
ここで本願発明でいう粘土類とは、成分として、ＳｉＯ_２が４０〜６５質量％，Ａｌ_２Ｏ_３が１５〜３０質量％のものをいい、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３以外の他の成分を含んでも良い。

石灰石鉱山の試掘でのＣａＯ質量％の品質分析によって事前に知られた鉱脈で、粘土類が混在した石灰石鉱脈から採掘された石灰石成分ＣａＣＯ_３中のＣａＯ成分値で５３〜５４質量％未満の低品位石灰石１は、鉱山の現地にて、篩い装置で２０ｍｍ以下に選別される。

篩い装置で２０ｍｍ以下に選別された低品位石灰石１は、そのまま水とともに磨鉱機３に供給されるが、後述する磨鉱機３で処理する前に１次洗浄装置３４で水洗脱水することが好ましい。１次洗浄装置３４としては、図２に示すような横型回転円筒のドラムスクラバ３５などが挙げられる。１次洗浄によって、石灰石の表面に付着した粘土類の塊や、単独に塊状に固まった粘土類が水との溶解によって除去され、ＣａＯ成分値が５３．５〜５５質量％程度にされる。これにより、磨鉱機３の負荷を低減することができる。脱水篩い３６を通過して分離された懸濁水は、粘土濁水１０として、後で説明する重力沈降層１３に輸送される。なお、気候として比較的乾燥した時期においては、ＣａＯ成分値が５４質量％程度であることが多いので、１次洗浄工程を行わず省いてもよい。そして、持ち込まれた低品位石灰石１は、ホッパ２へ投入される。ホッパ２から定量抜き出しをされて、添加水９と共に磨鉱機３に投入され２次洗浄される。

図３に一例を示すように、磨鉱機３は、横型回転ドラム式であって、入口から低品位石灰石１と添加水９との混合物が投入される。ドラム３３の内部には大きな丸鋼形状のロッド３０は、磨鉱機３の長手方向に並行して配列し、充填率で４〜６容積％になる程度のロッド３０の本数を入れるのが好ましい。４％未満なら、磨鉱時間が掛かり過ぎ、６％超なら石灰石が破砕されるようになってくる。ロッド３０の寸法は直径が、φ５〜１０ｃｍが好ましく、５ｃｍ未満なら磨鉱が進まないし、１０ｃｍ超なら石灰石が破砕されてしまう。またロッド３０の長さは、磨鉱機３においてドラム３３の内寸法長さの９０〜９８％である。

ドラム３３が１５〜２５ｒｐｍで回転すると、ドラム３３の内部に入れたロッド３０が、ドラム３３の内壁において、波形状またはノコギリ形状、Ｕ溝形状などで、ロッド３０がそのまま入る程度のポケット状に設けられた掻き揚げ装置３１によって、上部へ掻き揚げられる。そして、ドラム３３の内部の上方から、低品位石灰石１と添加水９との混合物の上に落下する。そのロッド３０との衝撃によって、石灰石の凸凹表面の面取りを行うことができ、石灰石の磨鉱作用を行うことができる。同時に、添加水９によって表面が面取りをされた石灰石の洗浄を効率よく行うことができる。このような磨鉱作用によって、石灰石の表面がなめらかになって、石灰石に付着した粘土類が添加水９による水洗浄によって効率よく簡単に分離しやすい状態にすることができる。ドラム３３の内部の移動推進力は、添加水９の供給によるドラム３３の内部にある前記混合物の充填レベル差による流れによって行うものである。石灰石の供給量に対する添加水９の供給量の質量比率は、１．０〜２．０であって、この比率の範囲にて最適な調整が必要である。石灰石の表面を磨鉱して滑らかにし、できるだけ窪みを少なくすることによって、石灰石の表面の窪みに埋まっていることが多く水洗してもなかなか剥がれない粘土類を効果的に除去することができる。

回転するドラム３３の出口側には、分離機が設置されている。磨鉱した後の石灰石、粘土類および水を含む磨鉱液は分離機に供給される。分離機としてはトロンメル３２が挙げられる。トロンメル３２が片端を片持ちで接続されている。トロンメル３２の網目の間隙サイズは５ｍｍであって、５〜２０ｍｍの大きさに磨鉱された石灰石と粘土類を含有する懸濁水が分離される。網を通過し出口から出た粘土類を含有する懸濁水は、次工程での脱水微粒篩い５へ送られる。トロンメル３２の網を通過できなかった網目上の残分である５〜２０ｍｍの大きさに磨鉱された石灰石の表面には、微粒の石灰石が付着している場合がある。そこで、さらに高品位にするためには、脱水粗粒篩い４へ送られ処理される。

また、脱水粗粒篩い４の網目を通過したものは、多量の水に少量の粘土類の粒子が混合した粘土濁水１０として分離される。また、２台目の脱水微粒篩い５によって、サイズが５ｍｍ未満の前記混合物が篩いにかけられ、サイズで０．１５〜５ｍｍの範囲の小粒石灰石７が分離される。そして、脱水微粒篩い５の網目を通過した０．１５ｍｍ未満のものが粘土濁水１０として分離される。ここに、磨鉱機３のトロンメル３２は設置したほうが好ましいが、トロンメル３２に替えて、同じ網サイズの脱水篩いを設置してもよく、この場合には脱水粗粒篩い４を省くことができる。また、脱水微粒篩い５に替えて、ほぼ同じ性能の他の分級機であれば何を使用してもよい。

以上の各分離されたものの中で５〜２０ｍｍの粒径の範囲の石灰石は、石灰石ＣａＣＯ_３中のＣａＯ成分値で５４以上５６質量％以下の範囲の高品位石灰石６として次工程へ輸送される。そして、例えば骨材製品として出荷される。
また、サイズで０．１５〜５ｍｍの石灰石は、小粒石灰石７として貯蔵され、最終的には、原料調合工程８で、石灰石としてセメント原料１９に利用されるが、石灰石砂としての製品に利用してもよい。そして、脱水粗粒篩い４と脱水微粒篩い５とを通過した粘土濁水１０は、回収濁水槽１１へ貯蔵される。

回収濁水槽１１から抜き出した粘土濁水１０は、重力沈降層１３へ輸送される。重力沈降層１３は、液体中に混じる固体粒子を泥漿スラッジとして分離する装置であって、重力による自然沈降作用によって、粘土類は底部へ沈降濃縮してゆく。重力沈降層１３の底部では、掻寄せ機２９によって、粘土類が堆積しない程度のゆっくりとした掻き寄せ作用が行われる。掻寄せ機２９は、重力沈降層１３の底部を公転し旋回動作をゆっくりと行いながら、粘土スラリー３７の掻き出しを行う作用をする。

重力沈降層１３の底部から抜き出した粘土類が２０〜４０質量％の濃縮された粘土スラリー３７は、セメント製造のセメント原料粉砕装置に供給される。セメント原料粉砕装置としては、竪型ローラミルが挙げられる。粘土スラリー３７は、竪型ローラミルのセメント原料粉砕ミル１６の原料投入シュート部、好ましくは開閉ゲートダンパーの入口からセメント原料１９と一緒に合流して、セメント原料粉砕ミル１６へ投入される。

一方、重力沈降層１３の上層部へ浮遊した上澄み液１４（浮遊物質量であるＳＳ濃度が、１５０ｍｇ／Ｌ液）は、回収処理水槽１２を経由して、磨鉱機３に投入する添加水９として再利用される。なお、磨鉱機３と重力沈降層１３との間を循環する水をバランスさせるための補給水３８は、好ましくは磨鉱機３の入口に供給される。また、補給水３８の供給場所は、重力沈降層１３か、回収濁水槽１１、回収処理水槽１２などいずれであってもよい。なお、補給水３８は、工業用水でもよいし、石灰石鉱山の近辺にある人工沈殿地の上澄み液であってもよい。なお、補給水３８の供給量は、回収濁水槽１１と回収処理水槽１２との液面レベルが一定になるように供給を行う。

以上の図１に示した範囲の２次洗浄方法については、セメント工場の中にあってもよいが、石灰石鉱山の近辺にあるのが好ましい。これにより、低品位石灰石を長距離輸送する必要はなく、粘土類の付着等による輸送トラブルを防止できる。

このようにして、低品位石灰石から除去した粘土類は、山間部に埋め立て処分することなしにセメント原料１９の一部として、また洗浄に使用した水分は原料粉砕を効率的に行うための散水処理用の一部として有効に利用することができる。

一方、低品位石灰石を、付加価値の高い高品位石灰石へ変えることができるので、セメント業界以外の高品位石灰石を必要とする鉄鋼、電力、生コン骨材などの各種業界での高品位石灰石の需要に応えて、安定した供給をすることができる。また、石灰石の省資源対策としても、そして、石灰石鉱山の環境問題対策としても世の中の期待に対応できるようになる。

図１に示すように、石灰石鉱山に隣接するセメント製造工場において、本発明を実施した一例を詳細に以下説明する。
石灰石鉱山で採掘し破砕されたＣａＯ成分が５３．０質量％、粘土類３．０質量％の低品位石灰石１を、３５０ｔ／ｈｒでセメント製造工場にベルトコンベアにて輸送した。粒径は、１〜２０ｍｍであった。図２のような１次洗浄装置３４において、ドラムスクラバ３５によって、大雑把に洗浄して脱水篩い３６に掛けた。この際の石灰石および粘土類は、それぞれ５３．５質量％、２．５質量％であった。１次洗浄装置３４を搬出した後、ホッパ２へ投入され、ホッパ２から３５０ｔ／ｈｒで定量抜き出しを行って、磨鉱機３へ投入した。この時、磨鉱機３には同時に添加水９を７００ｔ／ｈｒほど供給した。

磨鉱機３（株式会社アーステクニカ社製、型式：ＮＲＳ−２４３９ＡＳＲ）は、ロッド式のスクラバであって、ドラム３３の寸法が、直径２．４ｍ、内寸法長さ３．９ｍであって、鉱石の磨鉱処理能力が、３５０ｔ／ｈｒの装置を使用した。ロッド３０の寸法は、直径がφ８ｃｍ、長さが３．７ｍで、１本の重量は１５０ｋｇである。このロッド３０を磨鉱機３の中に２５本、総重量が３．７５トンほど入れた。ロッド３０の掻き揚げ装置３１は、波形状のものを使用した。磨鉱機３の回転数は、２０ｒｐｍであった。

磨鉱機３のドラム３３の出口側には、ドラム３３と接続されたトロンメル３２があって、その網目の間隙は、５ｍｍの寸法であった。該網目を通過した５ｍｍ未満の石灰石と粘土類と添加水９との混合物は、脱水微粒篩い５（古河鉱業（株）社製；型式：ＥＳ）に投入された。一方、該網目の上に残った該混合物は、脱水粗粒篩い４（古河鉱業（株）社製、型式：ＥＳ）に投入された。

脱水粗粒篩い４と脱水微粒篩い５の網目は間隔が０．１５ｍｍであって、それぞれの脱水篩いを通過したものは粘土濁水１０として、流量が６７２ｍ^３／ｈｒで、回収濁水槽１１へ貯蔵された。回収濁水槽１１から抜き出された粘土濁水１０は、重力沈降層１３へ移送された。重力沈降層１３の底部からの濃縮された粘土スラリー３７が、距離２５００ｍほど離れた複数台のセメント原料粉砕ミル１６に移送された。この流量は４８ｍ^３／ｈｒであった。粘土スラリー３７はセメント原料粉砕ミル１６の開閉ゲートダンパーに投入された。粘土スラリー３７の原料粉砕ミルへの投入によってもシュート部のどこにおいても、付着や堆積などによる閉塞トラブルは一切、発生しなかった。粘土類はセメント原料１９の一部として、また粘土スラリー３７の中の水分は、シュート内の原料付着防止のため従来使用していた工業用水の代用となり、粘土スラリー３７の水分相当分ほど工業用水の使用量を削減することもできた。

一方、脱水微粒篩い５の篩い網上の残分は、小粒石灰石７として分離されて石灰石貯蔵庫へ輸送され、セメント原料１９の一部である石灰石として原料調合工程８にて、化学成分の調合によって他の原料と配合されて使用した。この時の小粒石灰石７の発生流量は、６０ｔ／ｈｒであった。

また、重力沈降層１３の上澄み液１４は、回収処理水槽１２へ移送され、その後、回収処理水１５として、磨鉱機３への添加水９に再利用された。この時の回収処理水１５の流量は、６２４ｍ^３／ｈｒであり、７６ｍ^３／ｈｒの補給水３８と共に、磨鉱機３への添加水９として使用された。なお、補給水３８は、石灰石鉱山の近辺にある人工沈殿池の上澄み液を輸送して利用した。

なお、脱水粗粒篩い４の網上の残分は、サイズが５〜２０ｍｍの範囲の高品位石灰石６としての出荷用製品として使用される。高品位石灰石６中の石灰石成分ＣａＣＯ３中のＣａＯ成分値は５５．６質量％であった。本発明のような磨鉱機３にて表面を研磨しながら水による洗浄処理を行い石灰石表面に粘土等の付着がほとんど無く、０．４質量％の粘土類であった。これは磨鉱しないときに比べて、大幅に石灰石の品質を改善することができた。この成分分析には、理学電機工業社製のＸ線分析計（型式：サイマルテックス）を使用し、原料サンプルは、溶融式ガラスビード法よって、Ｘ線強度と質量％との検量線を作成・利用して定量分析した。なお、石灰石を生産するとともに、セメント原料粉砕ミル１６に粘土スラリー３７を投入処理することによって、粘土濁水１０を特別な処理装置を用いることなく処理し、低品位石灰石１を、高品位石灰石６として生産することが可能となった。

本発明は、石灰石以外の鉱山においても、高湿分の付着土類物を鉱石から分離する課題にも適応が可能である。その際に発生する汚濁水や残土などは、セメント原料として期待できるものが多い。本発明の高品位石灰石は、鉄鋼の原料焼結用、電力排脱用、骨材用、セメント原料用に好適に使用することができる。

本発明の基本的な２次洗浄方法のフローの概略図を示す。 本発明における水洗浄処理であるの基本的な１次洗浄方法のフローの概略図を示す。 本発明の一部で使用される磨鉱機の一例を示す断面の概略図である。

符号の説明

１ 低品位石灰石
２ ホッパ
３ 磨鉱機
４ 脱水粗粒篩い
５ 脱水微粒篩い
６ 高品位石灰石
７ 小粒石灰石
８ 原料調合工程
９ 添加水
１０ 粘土濁水
１１ 回収濁水槽
１２ 回収処理水槽
１３ 重力沈降層
１４ 上澄み液
１５ 回収処理水
１６ セメント原料粉砕ミル
１９ セメント原料
２９ 掻寄せ機
３０ ロッド
３１ 掻き揚げ装置
３２ トロンメル
３３ ドラム
３４ １次洗浄装置
３５ ドラムスクラバ
３６ 脱水篩い
３７ 粘土スラリー
３８ 補給水

Claims (5)

1. 粘土類が混在した低品位石灰石を水とともに磨鉱機に供給し低品位石灰石を磨鉱し、磨鉱した後の石灰石、粘土類および水を含む磨鉱液を分離機に供給し５〜２０ｍｍの大きさを有する石灰石と粘土類を含有する懸濁水を分離することを特徴とする石灰石の洗浄方法。
2. 前記粘土類を含有する懸濁水を重力沈降層に供給し、濃縮された粘土類を含有する粘土スラリーと上澄み液を得る請求項１記載の石灰石の洗浄方法。
3. 前記濃縮された粘土類を含有する粘土スラリーをセメント製造のセメント原料粉砕装置に供給する請求項２記載の石灰石の洗浄方法。
4. 前記上済み液を前記磨鉱機に供給する請求項２記載の石灰石の洗浄方法。
5. 丸鋼形状のロッドが横型回転ドラム式の内部にドラムの長手方向に並行して配列された磨鉱機と、前記磨鉱機に接続され粘土類が混在した低品位石灰石を磨鉱機に供給するための輸送手段と、水を磨鉱機に供給する配管と、前記磨鉱機の出口に接続され磨鉱された石灰石と粘土類を含有する懸濁水を分離するための分離手段とを備える石灰石の洗浄システム。

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