JP2010509041A - 微粉状鉱物製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

１基または複数基の気流分級器、サイクロンおよび／またはフィルタ集塵機などの集塵装置、少なくとも１基の通風機、並びにこれらの機器を接続する空気輸送用のチューブまたはパイプからなるシステムを用いた微粉状の鉱物製品の製造方法。本発明は、前記気流分級器内の分級器エアの相対湿度を１５〜３５％の範囲内に維持することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１基または複数基の気流分級器、サイクロンおよび／またはフィルタ集塵機のような集塵装置、少なくとも１基の通風機、並びにこれらの機器を接続する空気、固体材料輸送用のチューブまたはパイプからなるシステムを用いた微粉状鉱物製品の製造方法に関する。

気流分級器として、ジグザグ分級器、循環型気流分級器、旋回型またはガイドロッド型分級器などの異なる種類を用いることができる。

特に気流分級システムにおいて約５μｍ以下の平均粒径の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を分級する際には、システム内の当該気流分級器自体；エアあるいは微粉粒体を輸送するチューブまたはパイプ；サイクロン、フィルタ集塵機または通風機などの当該システムの他の部分のようにエア／粉体の混合物が接触する部分において硬い固体状の堆積物がしばしば認められる。これらの堆積物は、壁から剥落するまで殻状の被覆（いわゆる「エッグシェル」）に、また歯状に成長し、粗粒残渣によって規定されている最終的な粉砕産物に混入してしまう。このことは、経済的な影響の大きい損失につながるクレームとなりうる。

これらの残渣（以下、「エッグシェル」という。）はまた、分級器のローターや通風機のローターのような気流分級システムの回転部分のバランス不良を引き起こし、その結果、使用が制限され、洗浄および／またはバランス調整にかなりのコストを要することになる。

欧州特許第００３７０６６号明細書、および独国特許第２６４２８８４号明細書のクレーム８は、不動（静止）部分の洗浄に用いられる機械装置を開示する。しかし、この技術は、装置の建設の観点からは、技術的に最も過酷であり、しばしば使用の中断につながる。このほかにも、エッグシェル粒子は、洗浄の前後に剥落する可能性がある。

このような異物の混入した製品は、さらに分級工程またはフィルタ集塵工程に通して粗粒が分離される。

これらの方法は個別の事案によって対応すべきものであり、技術的に追加の機器が必要となり、また部分的に高いエネルギー消費につながる。その結果、高いコスト効率にて恒久的に粉体製品のエッグシェルによる汚染を防止することはできない。特に、分級器内が１００℃以下の温度範囲の場合には、なおさらである。

欧州特許第００３７０６６号明細書 独国特許第２６４２８８４号明細書

そこで、本発の目的は、上記の堆積物の生成およびそれに関連して生じる不便性を避けることにある。

この目的の驚くべき解決策は、分級器内のエアの相対湿度を約１５〜５０％、好ましくは約１５〜３５％の範囲内に維持することにある。これを達成するために、分級器および／またはシステム内の他の個所において相対湿度の測定を行い、それぞれの測定結果に応じて分級器内のエアに水を導入する。

出願人は、分級器内のエアの相対湿度が１５％以下の場合、エッグシェルがますます発生することを発見した。そこで、本発明により分級器内のエアの相対湿度を約１５％以上に維持するようにした。

出願人はさらに、相対湿度を約５０％以上にする場合、多量の水を必要となり、システムのより低温となる位置では露点以下となるリスクが高まるとの知見を得た。このことは、液体水（結露水）が形成される結果、凝集物またはスラリーが生成され、このプロセスの破壊につながることもある。これを避けるために、相対湿度５０％を超えて設定すべきではない。

この点につき、以下の事項に注意すべきである。外部から吸入される低温のフレッシュエアは、分級器内で加温される。特に分級器からの（より高温の）エアの一部がフィルタ集塵機の後流側から該分級器内のエア吸入口に戻される場合にこの加温を行う必要がある。これにより、フレッシュエアの温度及び湿度にもよるが、分級器内のエアの相対湿度は１０％以下の値に低下する。この方法は、外気が本質的に非常に乾燥している低湿度の地域（例えば、年間の平均相対湿度が１４％である米国アリゾナ州など）において特に適用される。分級器内のエアが乾燥するほど、その内部の粒子も乾燥していく。壁面への粒子の堆積がほとんどなくなれば、粒子や壁面はより乾燥していることが予想される。湿潤状態の粒子は間隙水の存在により容易に壁面に付着しやすいが、より乾燥した粒子はより硬質で間隙水が存在しなくなり、壁面にほとんど付着することはないためである。よって、このような場合、加湿は逆効果となるだろう。試験の結果は、すでに述べたように、この予測に反し、分級器内のエアの相対湿度が約１５％以下ではますますエッグシェルは形成されるが、約１５％を超えると、分級器排出口あるいはその後流においてエッグシェルはほとんどまたはまったく認められなくなり、微粉砕品中に粗粒がほとんどまたはまったく含まなくなることが明らかとなった。

この現象を科学的に説明することはできなかった。出願人は、実験のなかで、エッグシェルは主に数ｎｍのサイズの非常に微小な粒子によって形成されることを示すことができた。このことは、鉱物粒子の摩擦電気的な帯電に関連していることが想定される。このことにより、主に微小な粒子は分散状態にあり、その高い表面張力（その表面が大きければ大きいほど、表面張力も大きくなる。）によって壁面に付着し、凝集によりエッグシェルが形成される。本発明によれば、分級器内のエアの相対湿度を増加させ、その結果導電性を増加させることで、電荷はより急速に平均化され、雰囲気中の数ナノメーターの範囲の微小な粒子は壁面に付着する代わりに、より大きい粒子に再凝集することになろう。

既に述べたように、高コストとなりメリットは小さいので、エアの相対湿度は３５％よりも高くすべきではない。

さらに、驚くべきことに、原料流量、原料の性状、分級器内のエア流量（そして、遠心型ガイドロッド分級器の場合には、ローター速度）が一定の条件では、微細粒子の流量およびこれによるいわゆる微細粒子の回収（所定の粒径以下の微細粒子の流量と原料中の当該粒径以下の粒子の流量との関係）が飛躍的に増加することが明らかとなった。このことは、所定量の製品を得るのにエネルギー消費量を低減でき、その結果、コストメリットがあり、環境保護にもつながることを意味する。

好ましくは、エアの相対湿度の調整は、分級器中に流入する前に行うのがよい。本発明の非常に単純な実施形態では、フレッシュエア流入口に水蒸気を注入している（請求項２、図１）。

注水を容易にするために、６０〜１１５barの高圧下、水滴のサイズが３０μｍ未満の水を流入経路に注入することができる（請求項３）。

更に、この注入水は、５０〜９０℃の温度に加温しておくことができる（請求項４）。

前記流入経路は、エアの流速が１〜３ｍ／ｓとなるような寸法に設計するのが好ましい（請求項５）。

本発明の別の実施形態によれば、分級器内を通すエアをエア加湿装置内に導き、当該エアに適量の水を取り込ませるようにする（請求項６）。

好ましくは、上記加湿装置は、少なくとも透水性材料からなるチューブまたはパイプであり、その内部を水が通過し、その表面上を分級器内に送られるエアが通過するようにするのがよい（請求項７）。これにより、水はチューブまたはパイプの内側から外側に移動し、そこを通過するエアに取り込まれる。

このような装置は、例えばオーストリア国フィラッハのＡＷＳエア・ウォーター・システムズ社（ＡＷＳ Ａｉｒ Ｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＡＧ）から入手することができる。

本発明の他の実施形態は、フィルタ集塵機排出エアの大部分を分級器入口に戻し、その戻り経路において加湿を行うことを特徴としている（請求項８、図４）。

この方法は、前記排出エアの湿度、その温度および気流分級器内のエア温度を用いて水の添加量を調整することで容易に実施することができる（請求項９）。

冒頭に述べたように、実際には、分級器内のエアの温度は、１００℃以下の範囲内である。この点について、分級器内のエアの温度を３０〜８０℃の範囲に維持することで、本発明の別の改良を行うことができる。この温度範囲では、エア加湿は容易である、すなわち水の所定量及び当該水を導入するために要するエネルギーは相対的に小さい。

このことは、戻りエアと導入される水の温度との関係により効果的に達成できる（請求項１０）。

原料は、粉砕品サイロから、または前流側に設置された乾式粉砕機から輸送用空気とともにあるいは輸送用空気なしに直接供給することができる。

乾式粉砕機が分級器の直前に設置されている場合には、この粉砕機の排出エアを気流分級器に導入し、（請求項２〜４の方法において既に述べたように）当該エアの加湿を粉砕機の前流にて行うことができる（請求項１１）。

気流分級システムの単純な機器配置を有する態様を示している。 サイクロンから排出されるエア／粉体混合物の一部を気流分級器の入口に戻す態様を示している。 サイクロンから排出されるエア／粉体混合物の一部をフィルタ集塵機排出エアの一部とともに気流分級器の入口に戻す態様を示している。 フィルタ集塵機排出エアの一部を気流分級器の入口に戻す態様を示している。 乾式粉砕機を気流分級器の直前に設置する態様を示している。 気流分級器内のエアの湿度を調整可能な態様を示している。

上記した図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

気流分級システム（図１）は、概して、気流分級器１、サイクロン２、フィルタ集塵機３、通風機４、供給原料の入口装置６ａ、並びに微粉体及び粗粉体用の出口装置６ｂ，６ｃとともに、これらの機器を接続するパイプまたはチューブ５から構成される。気流分級器１において、原料は粗粒および微細に分離される。この粗粒品は、粗粒品排出口６ｃから排出される。サイクロン２では、微粉体（通常、所定の粉末製品を代表する）が分級器内のエアから分離された上、スクリューコンベア５ｃによって搬送される。サイクロンの排出エアは除塵され、通風機４によって外気中に排出され、除塵後の微粉状ダストは上記スクリューコンベアに送られる。フレッシュエア６ｄの流入口は、分級器のハウジングまたはフレッシュエア入口経路の前流側に直接設けることができる。気流分級器の構造にもよるが、シールを目的としていわゆるリークエアをこの分級器に導入する。

本発明によれば、分級器内のエアの相対湿度を１５〜３５％の範囲に維持する。図１では、この目的のために、水は水蒸気または水滴の形態にてＡ点、すなわちフレッシュエア流入口６ｄにおいて吸引されたフレッシュエア中に注入される。

図２は、サイクロン通風機４ａの後流にて通常の方法により、サイクロン２から排出されたエア／粉体混合物の一部を分級器のフレッシュエア流入口６ｄに通じるチューブまたはチャンネル５ａに戻す態様を示している。加湿や分級器の冷却に必要な水分は、Ｂ点、いわゆるサイクロン通風機４ａとの間の接続パイプにおいて添加するのが効果的であることが明らかとなっている。蒸発のために十分な距離が与えられるためである。とはいえ、この接続ルートとともに、フレッシュエア流入口６ｄに直接水を注入することができる。

図３は、サイクロンから排出されるエア／粉体混合物の一部とともに、フィルタ集塵機排出エア５ｂの一部を分級器のフレッシュエア流入口６ｄに戻す態様を示している。加湿及び冷却のために必要な水は、Ｃ点、すなわち通風機４とフレッシュエア流入口６ｄとの間の接続パイプにおいてフィルタ集塵機３からの戻りエア中に注入するのが効果的である。これは、この戻りエア中には、水滴、というよりはむしろこのプロセスの障害となる粗粒の湿潤粒子として凝集しうる粉体粒子はほとんど存在しないためである。とはいえ、このエアを戻すルートとともに、水をフレッシュエア流入口６ｄに直接注入することができる。

図４の実施形態では、フィルタ集塵機の排出エアの一部のみを気流分級器１のフレッシュエア流入口６ｄに戻している。加湿及び冷却のために必要な水はＣ点、すなわち通風機４とフレッシュエア流入口６ｄとの間の接続パイプにて戻りエア５ｂに注入するのが効果的である。

図５では、気流分級器は気流式粉砕機７に直接接続され、その粉砕機の排出エアはパイプ８を通じて当該分級器のフレッシュエア投入口に送られる。この点を考慮し、粉砕機の投入口において予めエアを加湿することが効果的である。この方法はまた、前記の実施形態にも適用可能である。

図６は、基本的に、図４に示す本発明の実施形態の調節機構を示している。分級器排出エアの湿度及び温度は、フィルタ集塵機の通風機４の後流においてセンサー１０によって測定され、また分級器排出エアの温度はセンサー９によって測定される。相対湿度は、ダストを含まないエアでより正確に測定することができる。このデータから、コントローラ１１において温度と水量との既知の関係に基づいて分級器それ自体の内部における相対湿度を算出し、またこれに基づいて分級器内のエアが所定の相対湿度を示すように、戻りエアパイプ５ｂへの水の添加量を調節する。

前記各図の装置において行った幾つかのテスト結果は、以下のとおりである。

１．加湿したエアを用いた実験での分級条件
分級機速度 ３０００Ｕ／ｍｉｎ
エア流量 １５００ｍ^３／ｈ
エア温度 ６０℃
相対湿度 ３０％
絶対含水量 ３９ｇ／ｍ^３
処理量 ２．７５ｔ／ｈ
粒径２μｍの累積重量 ６１．３０％
１時間運転後に、このシステムの点検口においてエッグシェルの形成は認められなかった。

２．加湿していないエアを用いた実験での分級条件
分級機速度 ３０００Ｕ／ｍｉｎ ３０００Ｕ／ｍｉｎ
エア流量 １５０００ｍ^３／ｈ １５０００ｍ^３／ｈ
エア温度 ６０℃ ６０℃
相対湿度 ６％ ３％
絶対含水量 ３９ｇ／ｍ^３ ３．３ｇ／ｍ^３
処理量 ２．８５ｔ／ｈ １．６ｔ／ｈ
粒径２μｍの累積重量 ６１．９０％ ５４．９０％
１時間運転後に、このシステムの点検口においてエッグシェルの形成が認められた。

３．加湿したエアを用いた実験での分級条件
分級機速度 ３０００Ｕ／ｍｉｎ
エア流量 ９０００ｍ^３／ｈ
エア温度 ４２℃
相対湿度 ３５％
絶対含水量 １９．７ｇ／ｍ^３
処理量 ０．６ｔ／ｈ
粒径２μｍの累積重量 ８１．７０％
１時間運転後に、このシステムの点検口においてエッグシェルの形成は認められなかった。

４．加湿していないエアを用いた実験での分級条件
分級機速度 ３０００Ｕ／ｍｉｎ ３０００Ｕ／ｍｉｎ
エア流量 ９０００ｍ^３／ｈ ９０００ｍ^３／ｈ
エア温度 ４４℃ ４０℃
相対湿度 １１％ ７％
絶対含水量 ６．７ｇ／ｍ^３ ３．７ｇ／ｍ^３
処理量 ０．５５ｔ／ｈ ０．１５ｔ／ｈ
粒径２μｍの累積重量 ８２．３０％ ８１．３０％
１時間運転後に、このシステムの点検口において僅かにエッグシェルの形成が認められた。

５．加湿したエアを用いた実験での分級条件
分級機速度 １８００Ｕ／ｍｉｎ
エア流量 １２０００ｍ^３／ｈ
エア温度 ４５℃
相対湿度 ３５％
絶対含水量 ２１．５ｇ／ｍ^３
処理量 ４．３５ｔ／ｈ
粒径２μｍの累積重量 ４３．１０％
１時間運転後に、このシステムの点検口においてエッグシェルの形成は認められなかった。

６．加湿していないエアを用いた実験での分級条件
分級機速度 ２０００Ｕ／ｍｉｎ ２０００Ｕ／ｍｉｎ
エア流量 １２０００ｍ^３／ｈ １２０００ｍ^３／ｈ
エア温度 ４４℃ ４５℃
相対湿度 １１％ ５％
絶対含水量 ６．８ｇ／ｍ^３ ３．３ｇ／ｍ^３
処理量 ３．４ｔ／ｈ ２．７ｔ／ｈ
粒径２μｍの累積重量 ５０．７０％ ４２．５０％
１時間運転後に、このシステムの点検口においてエッグシェルの最初の兆候が認められた。

１ 気流分級器
２ サイクロン
３ フィルタ集塵機
４ 通風機
４ａ サイクロン通風機
５／５ａ チューブ
５ｂ フィルタ集塵機３から気流分級器１に至るチューブ
５ｃ スクリューコンベア
６ 排出口
６ａ 原料供給口
６ｂ 微粉排出口
６ｃ 粗粒排出口
６ｄ フレッシュエア流入口
７ 乾式粉砕機
８ 粉砕機７、フレッシュエア吹き込み口６ｄ間のパイプ
９ 温度センサー
１０ 温湿度サンセー
１１ コントローラ

Claims (11)

1. １基または複数基の気流分級器、サイクロンおよび／またはフィルタ集塵機などの集塵装置、少なくとも１基の通風機、並びにこれらの装置を接続するエア、粉体輸送用のチューブまたはパイプからなるシステムを用いて微粉鉱物粒子を製造する方法であって、前記分級器内のエアの相対湿度を１５〜３５％の範囲に維持することを特徴とする方法。
2. フレッシュエア流入口（６ｄ）に水蒸気を注入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ６０〜１１５ｂａｒの高圧にて、水滴サイズが３０μｍ未満の水を前記入口ダクト（６ｄ）に注入することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記水は、注入前に５０〜９０℃の温度に加温されてなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記入口ダクト（６ｄ）は、エアの流速が１〜３ｍ／ｓとなるように設計されていることを特徴とする請求高３および請求項４に記載の方法。
6. 前記分級器内を通すエアをエア加湿装置内に導き、当該エアに所定量の水を取り込ませることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記加湿装置は、透水性材料からなり、水が内部を通過し、その表面上を分級器内に送られるエアが通過するチューブまたはパイプから構成されてなることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. フィルタ集塵機（３）の排出エアの大部分を前記分級器の入口ダクト（６ｄ）に戻し、前記戻り経路（５ｂ、図４）において加湿を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記排出エアの湿度、その温度及び気流分級器内のエア温度を用いて前記水の添加量を調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記分級器内のエア温度は、戻りエアと導入される水の温度との関係から、３０〜８０℃の範囲に維持されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 乾式粉砕機を前記気流分級器の直前に設置し、当該粉砕機の排出エアを前記気流分級器内に導入する方法であって、当該エアの加湿を前記直前に設置された粉砕機の前流で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。

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