JP2010517915A - 霞石閃長岩粉末を処理して超微細粒径生成物を生成する方法 - Google Patents
霞石閃長岩粉末を処理して超微細粒径生成物を生成する方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】この方法は、約20ミクロンよりも大きい制御された最大粒径を有する乾いた供給原料を供給し、連続高速攪拌型ボールミルに供給原料を垂直下向きに通過させることによって供給原料を乾燥状態で研削し、それにより、供給原料が、供給原料の粒径プロファイルよりも大幅に減少された粒径プロファイルを有する中間粉末へと研削され、所定の経路に沿って移動する急速移動高速エア流を使用してミルからの中間粉末をエア分離機に通過させて、超微細粒生成物を前記経路に沿って分類機から運ぶとともに、超微細生成物よりも大きい粒子を含む粗い粒子状材料を分離した後に分類機から放出できるようにすることを含む。
【選択図】なし
Description
本発明の好ましい実施形態で使用されるボールミルは、[特許文献6]及び[特許文献7]に概ね開示されるタイプのものである。これらの2つの特許は、垂直攪拌型ボールミルに関する背景情報として、参照することにより本明細書に組み込まれる。本発明の主要な態様を構成する垂直連続攪拌型ボールミルは、図5および図6に参照符号10で全体的に示される高速乾式グラインダである。これは、垂直攪拌型乾式ミルであって、フロア支持プレート11を含んでおり、このフロア支持プレート上に機械フレーム10が装着される。機械フレームは、本質的に、水平ベース部材12aと、水平ベース12aと一体の或いは水平ベース12aに対して溶接される対向垂直脚部12b、12cとから成る。垂直脚部12bは、機械の全高の一部だけにわたって上方へ突出し、後述するように粉砕容器を回動可能に装着するための支持体としての役目を果たす。
約6ミクロン未満の粒径を有する超微細霞石閃長岩粉末を形成するための独特の新規な本発明を実施するため、一般的なエア分類機を攪拌型ボールミル10と組み合わせることができる。しかしながら、本発明の二次的な態様は、ミル10を図7に示される特定の二段エア分類機700と組み合わせることである。このサイドドラフト分類機が選択されて使用される。エア分類機700は、定められた経路に沿って移動する急速移動高速エア流を使用して、超微細粒子の割合が高い中間粉末Pを前記経路に沿って搬送する。分類機700は、超微細生成物サイズよりも大きい粒子を含む粗い粒子状材料を遠心力および重力によって分離できるようにする。この粗い材料CMは、その後、分類機700から放出される。二段エア分類機700は、一般的に[特許文献8]において引用されるタイプのサイドドラフトエア分類機構を使用する。前記特許文献9は、参照することにより背景情報として本明細書に組み込まれる。本発明の新規な方法を実施する際に使用されるサイドドラフトエア分類機は、モータ712によって高速で作動される垂直のテーパブレードロータリリジェクタまたはケージ710を含む。下側拡張チャンバ714は、上側の円錐分離チャンバ716の出口と連通される。モータ712は、エア分類機700のための粒子分離プロセスを行なうために1200−1600rpmの一般的範囲の超高速でリジェクタ710を駆動させる。リジェクタ710は、図5および図6に示されるように中間粉末Pがミル10の出口シュート50aから1つ以上の粉末入口720、722を通じて方向付けられるときに、高速で回転される。粉末Pは、矢印xで示されるように分離チャンバ716内を下方へ流れる。その結果、中間霞石閃長岩粉末Pは、入口720、722で分類機700内へと方向付けられ、そのため、1400−1700rpm付近の超高速でモータ732により駆動されるエアファン730が、排ガスおよび戻された清浄なエアを入口734を通じて引き込み、そのエアを出口736を通じて超高速で押し進める。この超高速エア流は、図7に示される選択された経路内でエア流が粉末へと移動するときに中間霞石閃長岩粉末Pから、約6ミクロン未満の粒径を有する霞石閃長岩である最終生成物FPを分離する際に使用される。エア経路は、幾つかの別個の機能部分を有する。経路A1中のエアは、下側拡張チャンバ714へと方向付けられる高速の略清浄なエアであり、下側拡張チャンバでは、エアが螺旋経路B1として示される遠心渦を形成させられる。拡張チャンバ714は自由な出口エア流を許容しないため、経路A1からの高速エアは、下側拡張チャンバ714よりも上側の円錐チャンバである分離チャンバ716内を経路A2に沿って上方へ移動しなければならない。分離チャンバ716の上側部分で、エアは、径方向矢印A3で示されるように高速ロータリリジェクタ710内へと推し進められる。リジェクタ710は、流入する中間粉末Pにおいて粗い粒子から細かい粒子を分離し、それにより、エア移動A4で示されるように、細かい粒子がリジェクタケージから運ばれる。このようにして、サイドドラフトエア分類機700は、分離された材料を経路A4に沿って入口742を経由して分類機700の最終段階セパレータ740へと方向付ける。中間粉末Pの粒径プロファイルは、エア流A4により運ばれる霞石閃長岩粉末の粒子材料プロファイルよりもかなり大きい。このプロファイルは、その粒子の99.9%を6ミクロン未満にする。これは、図5および図6のミル10および図7のエア分類機700によって得られる粒径の定義である。リジェクタケージ710から所望サイズの粒子を運ぶエア流A4は、フード出口762で上側リジェクタフード750と連通する管路750を通過する。
本発明は、少なくとも20ミクロンの最大粒径を有する粒径プロファイルをもつ霞石閃長岩粒子状供給原料Fを、その後の商業的な使用のために、超微細最終生成物FPへと変換するための方法に関する。細粒最終生成物FPは、6ミクロン未満の粒径を有しており、約20ミクロンよりも大きい、実際には約60ミクロンよりも大きい粒径を有する乾いた供給原料を供給することによって得られる。この方法は、図8に示されるシステムSによって行なわれる。供給原料Fは、図5および図6に概略的に示される連続高速攪拌型ボールミル10に垂直方向下向きに通される。乾式ボールミルは、研削媒体で満たされる垂直に延在されたチャンバ内において選択された高い速度で回転される攪拌アームを有しており、そのため、供給原料Fは、図6の説明およびDry Grinding Attritorsと題される冊子に関連して説明される回転攪拌アームによって媒体が高速で側方へ移動されるときに、媒体の作用によって中間粉末Pへと研削される。中間粉末Pは、供給原料Fの粒径プロファイルよりも大幅に減少された粒径プロファイルを有する。中間粉末は、その後、図7に示される分類機700に通過される。この分類機は、所定の選択された経路を通過する急速移動高速エア流を使用して、最終生成物FPを備える超微細粒材料を前記経路に沿って運んだ後に分類機から運ぶ。分類機は、超微細生成物中の粒子の目標サイズよりも大きい粒子を含む粗い粒子状材料CMを遠心力によって分離した後に、分類機700から放出できるようにする。このようにして、超微細生成物FPが収集され、粗い材料CMが再研削のために高速ボールミル10へと戻される。好ましい実施形態における分類機700は、粗い材料を分離するための第1の段階と最終生成物から粉塵を除去するための第2の段階とを有する、特許文献8に示される二段エア分類機である。粉塵を伴うエアは、約1ミクロン未満の粒子を含んでおり、分類機のファンへ戻されるほぼ「清浄なエア」である。供給原料は、99%の粒子が約50ミクロンよりも大きい粒径を有している。実際には、供給原料Fの99.9%が約60ミクロン未満である。平均D50粒径の供給原料Fは約10−11ミクロンである。ミル10内の媒体の粒径は、一般に5mm未満であり、好ましくは2.0−2.5mmの範囲である。媒体硬度は約モース9である。確かに、媒体はセリア安定化酸化ジルコニウムであるが、他の安定化された形態の酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウム並びにタングステンカーバイドが使用されてきた。ミルの媒体は、チャンバの約50−80%まで、好ましくは約70%まで満たされる。
図8のシステムSは、D99.99が約6ミクロン未満であることを示す約6ミクロン未満の粒径を有する霞石閃長岩最終生成物を生成するように組み立てられて作動される。方法は、下降流攪拌型ボールミルと、エア分類機、特に前述したように作動され且つ添付の特許請求の範囲に記載される二段サイドドラフトエア分類機とを選択することを伴う。実際には、攪拌型ボールミルは、オハイオ州のアクロンにあるUnion Processing社から提供されるHigh Speed Attritor Model HSA−100である。このミルは、図6Aに示されるように媒体Mを保持するようになっているゲートを通じて生成物が排出される連続高速攪拌型ボールミルである。85ガロンミルは、24インチ径アセンブリによって約300rpmで攪拌される。150馬力モータは最大190アンペアまで引き上げることができる。ミルシェルは、ミリング動作中に生成された高温を和らげるためにウォータジャケットを有する。本発明によれば、媒体Mは、セリア安定化酸化ジルコニウム(5mm未満の粒径を有するが、好ましくは2.0−2.5mmの範囲の粒径を有する「セリア」)を含むように選択された。選択された媒体は、そのようなデバイスでこれまで使用された媒体よりもかなり硬いモース9の硬度を有する。本発明の方法の実施に用いるのに好ましいサイドドラフトエア分類機は、アラバマ州のシラコーガのProgressive Industriesから提供されるMicro−Sizer Model MS−10である。図7に示されるMicro−Sizerは、垂直ブレードロータ「リジェクタ」またはリジェクタケージ710を有する主分類チャンバと、下側拡張チャンバ714とを備えており、下側拡張チャンバ714内で、粒子は、上側リジェクタによる分類のためにエア中に浮遊される。リジェクタは、本発明によれば1200−1600rpmの範囲、好ましくは1300−1600rpmの範囲である高い速度で作動する。リジェクタにおけるこの極めて高い回転速度は、本発明にしたがって細粒生成物を生成するために必要であることが分かった。分類機700内の高速エア流は、ファン速度を1400−1700rpm、好ましくは1500−1700rpmの範囲の超高レベルまで増大させることによって生成される。粗い材料CMは、最終的に、拡張チャンバの底部から落下する。分類機700の第2の段階では、サイドドラフト分類機のロータまたはリジェクタを通過する最終生成物を収集するために使用される別個のサイクロンが存在する。本発明の第2の態様において、リジェクタの上側部分は、高速回転リジェクタと出口フード760との間がマイクロシール794によってシールされる。このタイプのサイドドラフトエア分類機を選択することによって、本発明の方法が行なわれ且つ粉塵収集を必要としないことが分かった。図8に示されるシステムSは、ミル10とエア分離機700との間での様々な霞石閃長岩材料の移動を示している。分類機の粗い材料CMは、スクリューコンベアおよびバケットエレベータによってミル10へ戻される。この開示では、本発明を実施する際にバケットエレベータが使用されると、コンベアがそのように特定される。残りのコンベアは通常はスクリューコンベアである。ミル、分類機、および、コンベア装置の露出部分は、全て304ステンレススチールから形成される。
攪拌型ボールミル10での研削は、粒径分布(PSD)の所望のシフトまたは中間粉末Pの所望のプロファイルを形成するために乾式である。エア分類機の効率は、湿度の制御されたレベルによって高められる。したがって、本発明の方法は、広く、エア分類が湿度の制御されたレベルを有する出口エア分類動作を伴う供給原料の乾式研削である。本発明において、乾式ミルは、特定のエア分類機を伴う或いは伴わない攪拌型ボールミルである。二次的特徴として、エア分類機は、湿度制御を伴う或いは伴わない図7に示されるサイドドラフトエア分類機である。これらの特徴の組み合わせ及び順列は、本発明の新規な方法および記述の定義を構成する。
これまで説明した情報、パラメータ、および、データを使用して、図8に示されるシステムSを使用する新規な方法の性能に関する61回のテスト運転が行なわれた。61回のテストの結果の概要の全てが図15の表に示されている。この表から分かるように、ロータ速度は1200−1600rpmの間で調整される。
11 フロア支持プレーム
12a 水平ベース部材
12b、12c 対向垂直脚部
12d 脚部
13 モータ
13a モータ用の装着プレート
14 スタータ
14a 装着プレート
15 プッシュボタン制御装置
18 シュート
20 粉砕容器
21 蓋
22 回動装着アセンブリ
22a 操作ハンドル
23 クランプ
24 本体
25 内側円筒側壁
25a 外側壁
25b 入口ポート
25c 出口ポート
26 底壁
27 トラニオン
34 ダイバータディスク
40 攪拌アセンブリ
41 シャフト
41a キー溝
41b 孔
42 攪拌アーム
42a 長い脚部
42b 短い脚部
42c 半径部
42d 環状ミルスロット
43 ピン
44 ディスク
45 サドルスリーブ
45a 径方向切り欠き
50 排出バブルアセンブリ
50a 排出シュート
110 処理ステップ
112 乾式グラインダ
114 格付けステップ
114a、114b 出力ライン
116 選別機
116b 出力ライン
116b 戻しライン
120 ボールミル処理ステップ
122 出力ライイン
130 エア分類機
132 ブロワ
132a ライン
134 出力ライン
136 収集機
138 ライン
140 収集機
150 大粒子排出ライン
152 収集機
154 ライン
200 入口トンネルまたはチューブ
202 スクリーン
210 ホッパ
220 バッフル
222 ライン
230 コンベア
232 収集機入口漏斗
240 輸送エア
242 大容量フード
250 領域
260 チューブ
262 ライン
700 二段エア分類機
710 リジェクタゲージ
712 モータ
714 下側拡張チャンバ
716 円錐分離チャンバ
720、722 入口
730 エアファン
732 モータ
736 出口
740 セパレータ
760 上側フード
762 フード出口
750 管路
770 入口
780 ハウジング
782 円錐ダウンドラフト部
784 キャッチホッパ
786 ロータリバルブ・エアロック
790 エア戻しダクト
792 フード
794 マイクロシール
800 供給源
802 霞石閃長岩材料
810 ホッパ
811 出力バルブ
812 ミル供給ライン
820 入力コンベア
822 ミルホッパ
824 制御バルブ
826 ミル入力コンベア
832 コンベア
840 コンベア
Claims (25)
- ある粒径プロファイルを有する粒状火成岩供給原料を、その後の商業的使用のために、超微細粒最終生成物へと変換する方法であって、前記超微細粒生成物が約6ミクロン未満の最大粒径を有する方法において、
(a)約20ミクロンよりも大きい最大粒径を有する乾いた供給原料を供給し、
(b)研削媒体で満たされた垂直に延びるチャンバ内で攪拌アームが選択された高い速度で回転される連続高速攪拌型ボールミルに、前記供給原料を垂直下向きに通過させることによって、前記供給原料を乾燥状態で研削し、それにより、前記回転する攪拌アームによって前記媒体が高速で移動されるときに、前記媒体の作用によって前記供給原料が中間粉末へと研削され、前記中間粉末は、前記供給原料の粒径プロファイルよりも大幅に減少された粒径プロファイルを有し、
(c)所定の経路に沿って移動する急速移動高速エア流を使用して前記中間粉末をエア分離機に通過させて、前記超微細粒生成物を前記経路に沿って前記分類機から運ぶとともに、前記超微細生成物よりも大きい粒子を含む粗い粒子状材料を、遠心力によって分離した後に前記分類機から放出できるようにし、
(d)前記超微細生成物を収集し、
(e)前記粗い材料を再研削のために前記高速攪拌型ボールミルへ戻す、
ことを含む、方法。 - 前記粒状火成岩供給原料が霞石閃長岩粒子状供給原料である、請求項1に記載の方法。
- 前記供給原料は、99%の粒子の粒径が約50ミクロン未満である、請求項2に記載の方法。
- 前記選択された速度が200−450rpmである、請求項2に記載の方法。
- 前記媒体が5mm未満のサイズを有する粒子である、請求項2に記載の方法。
- 前記媒体が2.0−2.5mmのサイズを有する粒子である、請求項2に記載の方法。
- 前記媒体がモース9の硬度数を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記媒体がセリア安定化酸化ジルコニウムである、請求項2に記載の方法。
- 前記媒体は、安定化酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および、タングステンカーバイドから成るクラスから選択される、請求項2に記載の方法。
- 前記供給原料の研削において研削助剤が実質的に使用されない、請求項2に記載の方法。
- 前記攪拌型ボールミルが水冷ジャケットを有する、請求項2に記載の方法。
- 前記媒体が前記研削チャンバの約50−80%を満たす、請求項2に記載の方法。
- 前記エア分類機は、出口フードよりも下側において高い回転速度で作動される垂直ブレードロータリジェクタを有する主分類チャンバと下側拡張チャンバとを含むサイドドラフト分類機であり、前記リジェクタは、前記生成物が前記高速エア流と共に前記リジェクタを径方向に通過できるようにすることにより前記超微細生成物を分離し、それにより、前記粗い材料が前記下側拡張チャンバによって該チャンバ内に収集される、請求項2に記載の方法。
- 前記高い回転速度が約1400rpmよりも大きい、請求項13に記載の方法。
- (f)研削助剤を前記チャンバ内の前記媒体中へ所定の速度で導入する、
ことを含む、請求項2に記載の方法。 - 前記研削助剤がジエチルグリコールである、請求項15に記載の方法。
- 前記所定の速度が50−150ml/分の範囲である、請求項15に記載の方法。
- 前記攪拌型ボールミルの前記供給速度が0.5−2.3kg/分である、請求項2に記載の方法。
- 前記供給原料は、約20−30%の粒子が約5−6ミクロン未満の粒径を有し、前記中間粉末は、約35−40%の粒子が約5−6ミクロン未満の粒径を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記攪拌型ボールミルは、0.5−1.5mmの開口またはスロットを有する調整可能な排出格子を有する、請求項2に記載の方法。
- 前記最終生成物のD50サイズが1.5−2.0の範囲である、請求項2に記載の方法。
- (f)前記エア分類機内の相対湿度を制御する、
ことを含む、請求項13に記載の方法。 - (f)前記エア分類機内の相対湿度を制御する、
ことを含む、請求項2に記載の方法。 - ある粒径プロファイルを有する霞石閃長岩粒子状供給原料を、その後の商業的使用のために、超微細粒最終生成物へと変換する方法であって、前記超微細粒生成物が約6ミクロン未満の粒径を有する方法において、
(a)約20ミクロンよりも大きい制御された最大粒径を有する乾いた供給原料を供給し、
(b)前記供給原料をボールミルに通過させることによって前記供給原料を乾燥状態で研削し、それにより、前記供給原料が中間粉末へと研削され、前記中間粉末は、前記供給原料の粒径プロファイルよりも大幅に減少された粒径プロファイルを有し、
(c)所定の経路に沿って移動する急速移動高速エア流を使用して前記中間粉末をエア分離機に通過させて、前記超微細粒生成物を前記経路に沿って前記分類機から運ぶとともに、前記超微細生成物よりも大きい粒子を含む粗い粒子状材料を、遠心力によって分離した後に前記分類機から放出できるようにし、
(d)前記エア分類機内の相対湿度を制御し、
(e)前記超微細生成物を収集し、
(f)前記粗い材料を再研削のために前記高速攪拌型ボールミルへ戻す、
ことを含む、方法。 - 前記供給原料の前記プロファイルは、約50−60ミクロンのD99および約10を超えるD50を有し、前記中間粉末の前記プロファイルは、25−35ミクロンのD99および約2.5−3.5のD50を有する、請求項24に記載の方法。
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