JP2012528777A - 粉末材料からの顆粒の製造のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、粉末材料、特にガラスの製造のための原材料から顆粒を湿式法で製造するための方法に関する。本発明の方法は、以下の連続工程を含むことを特徴とする：顆粒化される粉末材料を少なくとも二つの部分、即ち第一部分及び第二部分に分割する；粉末材料の前記第一部分に液体バインダーを加える；かくして得られた第一混合物を造粒機で凝集して顆粒（ａ）を得る；粒末材料の第二部分を前記造粒機に加える；得られた新しい混合物を造粒機で凝集して顆粒（ｂ）を得る。前記連続顆粒化法は、顆粒の安定性を保証する湿分レベルを有する顆粒を製造し、乾燥工程をなしで済ますことによって顆粒の取り扱いを容易にする。

Description

本発明は、粉末材料、特にガラスの製造のための原材料（又はガラス化可能な材料）からの顆粒の製造のための方法に関する。特に、本発明は、ガラスの製造のための粉末材料の湿式造粒のための改良された方法に関し、得られた顆粒は溶融炉内に連続して供給されることを意図される。

ガラス製造では、エネルギーのコストは全製造コストの極めて有意な割合を示す。ガラス製造におけるエネルギー消費を、特に炉内の原材料の融合動態（溶融速度、均質性）を改良することによって、減少するために、様々なタイプの方法がこれまで提案されており、そのうち炉から放出されるガスの残留熱で原材料を予熱する方法及び／又は前記原材料を顆粒化する方法が最も良く知られている。特に、顆粒化は、炉の内側の粉末原材料を加熱する困難性をうまく減少させることができる点で有利な方法である。その困難性は、伝導による劣った熱伝達から及び充填物の最も溶融可能な成分の早い溶融からもたらされる。顆粒の形のガラス化可能な原材料の溶融及び／又は精製は、溶融されたガラスに良好な均質性を与えながらも、より迅速である。さらに、充填物を粉末の形態で取り扱うより顆粒を取り扱う方が明らかにずっと簡単である。

さらに、顆粒化の解決策は、以下のことを防止できるので一層有利である：
−サイロもしくはホッパーでの保管中に重力の作用下で又は搬送ベルト上で振動の結果として様々な成分が分離する危険；及び
−溶融炉の出力だけでなく炉のアーチの耐用年数にも影響を持つガラス化可能な原材料のいわゆる「微」粒子（ダスト）の分散。さらに、この欠点は、分散するダストが大気汚染の問題を投げかけうるので環境に影響を持ちうる。

既知の方法では、粉末材料の伝統的な顆粒化は、苛性ソーダのような添加剤がしばしば添加される伝統的に水である液体バインダーを粉末形態のガラスの原材料に添加することによって造粒機で行なわれる。この液体バインダーは顆粒の形成を可能にするために不可欠である。なぜならばそれは滑剤として作用し、混合物の凝集を可能にするからである。従って、これは「湿式造粒」として言及される。

粉末材料の効率的な顆粒化のために通常適用される水含有量は、顆粒化される充填物に対して７重量％〜１４重量％であり、理想的には１０重量％以上である。バインダー添加剤の性質及び量、液体バインダーが粉末材料に添加される方法などに関して幾つかの代替策が調査された（特に、特許ＦＲ１５５６２８５、ＵＳ３９６９１００及びＵＳ４０３１１７５参照）。それでもなお、湿式造粒操作では、いったん形成されたら、顆粒は次に、それらの続く取り扱いの安定性を確保するためだけでなく、溶融炉内に供給されたときにそれらが含有する水の激しい蒸発の結果としてそれらが破裂することを防止するために乾燥されなければならない。ガラス製造のために使用されかつ顆粒の形態で溶融炉に供給されることを意図される原材料の水含有量は伝統的には２重量％〜６重量％のオーダである。

「湿った」顆粒の乾燥工程は、例えば回転ドラム又は流動床タイプの乾燥器のような乾燥器で行なわれ、理想的な水含有量を有する「乾燥した」顆粒を得ることを可能にする。

それゆえ、湿式造粒操作を使用して乾燥顆粒を製造する従来法は二つの全く別個の工程（顆粒化及び乾燥）を要求し、結果として乾燥器から独立した造粒機並びにそれからもたらされる追加の取り扱い工程（移動）を要求する。それゆえ、この方法は主として取り扱いの見地から一定の欠点を有する。実際、造粒機から乾燥器への移動に関する追加の取り扱いの工程は複雑である：
−液体バインダーが加えられる粉末材料は強く“粘着し”、この方法における中間生成物である湿った顆粒は取り扱いが難しく、造粒機から除去することが難しい；
−湿った顆粒は抵抗力が低く、それゆえそれらは乾燥器への移動時及び乾燥時に崩壊することが多い。

さらに、この方法の主要な欠点は湿った顆粒を乾燥するために必要なエネルギーであり、これはガラスのためのガラス原材料の特別な場合における顆粒化のために得られたエネルギー利得を減少するだろう。

顆粒化及び乾燥を実現する単一セットの装置も存在するが、これらの二つの工程はやはり同時に行なうことができず、連続的でなければならない。たとえそれが取り扱い及び移動と関連した欠点を少なくとも部分的に克服できたとしても、このタイプの装置はいずれにしても乾燥自体に関連するエネルギー消費の主な欠点を除去しない。

本発明の目的は、特に技術的課題（即ち乾燥工程のために要求される追加の取り扱い及びエネルギー消費）を解決することによって従来技術の欠点を克服することである。

特に、本発明の目的は、その実施形態の少なくとも一つにおいて、上述の欠点とともに乾燥工程の省略を可能にする湿式造粒の効率的な方法を提供することである。

本発明の別の目的は、その実施形態の少なくとも一つにおいて、顆粒の安定性及びそれらの取り扱いの容易性並びに微細な顆粒化されてない粒子の相対的に低い残留比率を確実にする湿潤度で顆粒を得ることを可能にする湿式造粒の方法を提供することである。

最後に、本発明の目的はまた、従来技術の欠点に対する簡単でかつ経済的な解決策を提供することである。

特別な実施形態によれば、本発明は粉末材料からの顆粒の製造のための方法に関する。

本発明によれば、粉末材料からの顆粒の製造は以下の連続工程を含む：
− 顆粒化される粉末材料を少なくとも二つの部分、即ち第一部分及び第二部分に分割する；
− 粉末材料の前記第一部分に液体バインダーを加える；
− かくして得られた第一混合物を造粒機で凝集して顆粒（ａ）を得る；
− 粒末材料の第二部分を前記造粒機に加える；
− 得られた新しい混合物を造粒機で凝集して顆粒（ｂ）を得る。

ここで、本発明の方法の結果として、従来技術の湿式造粒法の欠点のための解決策を提供することができ、生じた技術的課題を解決することができる。実際、本発明者は、実際の顆粒化工程を特別な方法で順番に並べることによって従来技術で一般に使用されている乾燥工程を除去することができたことを証明した。

結果として、本発明は完全に新しくかつ発明的なアプローチに基づく。なぜならばそれは、適切な湿分を持つ顆粒が、欠点を伴なう追加の乾燥工程に頼らずに本発明の方法の終わりに造粒機で得られることを可能にするからである。

本発明の方法によれば、顆粒化される粉末材料は少なくとも二つの部分（第一部分及び第二部分）に分割される。

本発明の特別な実施形態の一つでは、粉末材料の第一部分は粉末材料の第二部分の組成と同一の組成を有する。本発明による顆粒の製造のための方法はこの場合において「均質な顆粒化」として言及される。

本発明の別の特別な実施形態では、粉末材料の第一部分は粉末材料の第二部分の組成とは異なる組成を有する。本発明による顆粒の製造のための方法はこの場合において「不均質な顆粒化」として言及される。それゆえ、このタイプの顆粒化では、同じ顆粒内で粉末材料のバッチの特定の成分を選択的に組み合わせることができる。粉末材料がガラス化可能な材料から形成される特別な場合において、このタイプの不均質な顆粒化は、融解効率のさらなる向上又は分離作用の有意な低下のように特定の融解パラメータをさらに改良することができる。実際、ガラス化可能な原材料の選択的なバッチングは、特許出願ＵＳ２００５／００２２５５７ Ａ１で説明されているように、三成分系ＣａＯ−Ｎａ_２Ｏ−ＳｉＯ_２に存在する反応経路が制御されることを可能にする。この出願では、幾らかの原材料は顆粒の第一バッチで組み合わされ、他の原材料は顆粒の第二バッチで組み合わされる。顆粒の二つのバッチは次いで、炉内に置かれる前に組み合わされる。このタイプの選択的バッチングは、二つの別個の顆粒化を可能にし、従って実施される工程及び取り扱いの数を増加する。有利には、本発明による顆粒の製造のための方法は、各々がそれらの中で少なくとも二つの異なる局在化された組成の原材料を持つ顆粒を形成する単一の顆粒化操作で粉末原材料の不均質な顆粒化を達成することを可能にする。

本発明の他の特徴及び利点は、簡単な説明及び限定されない例として与えられる好ましい実施形態の以下の記載を読んだ後に一層明らかになるだろう。

本発明の方法は、粉末材料からの顆粒の製造のための方法である。粉末材料は、粉末形態である化合物を意味するものとして理解され、いわゆる「微」粒子の有意な割合を含む。これらの微粒子の平均直径は一般的には約１００ミクロン未満である。

本発明によれば、顆粒化される粉末材料は約０重量％〜約４重量％の範囲の水含有量を有する。顆粒化される粉末材料は０重量％〜約１重量％の水含有量を有することが好ましい。

特別な実施形態によれば、粉末材料は、溶融炉におけるガラスの製造のために意図された原材料又はガラス化可能な材料から形成される。典型的には、これらのガラス化可能な材料は特に、ケイ砂、石灰石、ドロマイト、酸化アルミニウム、長石、炭酸ナトリウムを含む。顔料（鉄、コバルト、クロム酸化物．．）及びいわゆる形成要素（ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＢａＯ．．）などの他の成分もまた、これらのガラス化可能な材料に存在させることが多い。この実施形態の場合において、本発明の方法によって得られた顆粒は、それらの製造直後又は保管後、溶融炉内に連続して供給されることを意図される。

本発明によれば、顆粒化される粉末材料は少なくとも二つの部分（第一部分及び第二部分）に分割される。粉末材料の第一部分は顆粒化される粉末材料の少なくとも２５重量％を示すことが好ましい。それはまた、顆粒化される粉末材料の最大７５重量％を示すことが好ましい。

本発明による顆粒化は、ドラム造粒機、造粒機ディスク又は混合造粒機、例えばブレード型、タービン型、ダブルコーン型、リボン型などの混合造粒機のようないかなる既知のタイプの造粒機でも行なうことができる。

本発明に使用される液体バインダーは水を含有することが好ましい。それはまた、一種以上の添加剤を含有することが好ましい。列挙される適切な液体バインダーの例は苛性ソーダ、ケイ酸ナトリウム又は他のナトリウム塩の水溶液である。ケイ酸ナトリウムの水溶液が特に好ましい。

液体バインダーは最初に混合器内の原材料の第一部分に加えられることができる。かくして得られた湿った混合物は次いで造粒機に移される。本発明によれば、液体バインダーが造粒機内の粉末材料の第一部分に直接加えられることが好ましい。本発明による液体バインダーは、一般的には造粒機内への噴霧化又は噴射によって粉末材料の第一部分に加えられることができる。

粉末材料の第一部分に加えられる液体バインダーの量は前記第一混合物の８重量％〜２０重量％の範囲である。好ましくは、粉末材料の第一部分に加えられる液体バインダーの量は前記第一混合物の８重量％〜１６重量％の範囲である。

液体バインダーと粉末材料の第一部分は造粒機内で前記第一混合物を形成する。

本発明によれば、液体バインダー及び粉末材料の第一部分から得られた第一混合物は造粒機で圧縮される。この工程中、混合物は強く混合され、粉末材料は凝集され、（方法の最後の工程で得られた顆粒（ｂ）と比較して）「湿った」として言及される顆粒（ａ）はそれから形成される。混合物は圧縮前に加熱されることができる（一般的には、例えば７０〜８５℃）。

湿った顆粒（ａ）が形成されるとき、粉末材料の第二部分が造粒機内の前記顆粒（ａ）に加えられる。顆粒（ａ）及び粉末材料の第二部分は造粒機内で前記新しい混合物を形成する。

本発明によれば、顆粒（ｂ）及び粉末材料の第二部分から得られた新しい混合物は造粒機で凝集される。（顆粒（ａ）と比較して）「乾燥した」として言及される顆粒（ｂ）はこの工程の結果として形成される。新しい混合物もまた、圧縮前に加熱されることができる（一般的には、例えば７０〜８５℃）

本発明による顆粒（ｂ）は、それらの取り扱い及び機械的安定性のための理想である２重量％〜６重量％の範囲の平均水含有量を有する。顆粒（ｂ）は３重量％〜５重量％の範囲の水含有量を有することが好ましい。

本発明による顆粒（ｂ）は０．１〜８ｍｍのサイズで変動する。サイズは顆粒の最大寸法を示すことが理解される。

本発明の一実施形態では、粉末材料の第一部分は粉末材料の第二部分の組成とは異なる組成を有し、そのとき不均質な顆粒化が実現される。この実施形態では、組成物Ａにおける均質な顆粒（ａ）はまず組成物Ａの粉末材料の第一部分から形成される。組成物Ｂの粉末材料の第二部分は次いで造粒機に加えられ、そのとき不均質な顆粒（ｂ）が得られる。それらは組成物Ａの「芯」を組成物Ｂの鞘で包囲することによって形成される。本発明のこの実施形態によれば、顆粒化される粉末材料のバッチは、幾つかの異なる鞘によって包囲された芯を有する不均質な顆粒を得るために二つより多い部分に分割されることができる。

他の利点の詳細及び特徴は、本発明による方法の制限されない例示的実施形態の以下の記載から明らかになるだろう。

実施例１（均質な顆粒化）−顆粒は粉末材料の以下のバッチから本発明の方法に従って製造された：

出発バッチの初期水含有量は１重量％未満である。

バッチは同じ組成で二つの部分に分離された：第一部分は出発バッチの４５重量％に相当し、第二部分は出発バッチの５５重量％に相当する。

第一部分は回転ドラムタイプの造粒機内に供給された。次いでスプレーによってケイ酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ．ｘＳｉＯ_２．Ｈ_２Ｏ（但し、ｘ＝３．４〜２．５重量％））の水溶液を造粒機に加えた。その間、造粒機は回転モードであった。加えられたケイ酸ナトリウムの量は溶液と原材料の第一部分の混合物に対して１０重量％であり、造粒機の回転時間は約１０分間であった。「湿った」顆粒はかくして得られた。

次いで第二部分は造粒機内で形成された第一顆粒に供給された。その間、造粒機は回転モードであった。このとき、造粒機の回転時間は約２分間であった。

４．５重量％の平均水含有量を有する顆粒はかくして得られた。それらのサイズは約０．１ｍｍから約５ｍｍまでで変動する。それらは良好な安定性、並びに取り扱い時及び長期保存時の十分な耐性を持つ。さらに、顆粒化工程の終わりの造粒機に存在する「微」粒子の量は極めて少ない。

実施例２（不均質な顆粒化）−顆粒は実施例１に使用された方法と同じ方法を使用して製造されたが、粉末材料の以下のバッチから出発した：

出発バッチの初期水含有量は１重量％未満である。

出発バッチの３４重量％に相当する原材料の第一部分は以下の組成を有する：

加えられた２．５重量％のケイ酸ナトリウムの水溶液の量は溶液と原材料の第一部分の混合物に対して１２重量％であった。

残りの第二部分は出発組成物の６６重量％に相当し、第一部分とは異なる以下の組成を有していた：

約４重量％の平均水含有量を有しかつ約０．１ｍｍから約４ｍｍまでのサイズで変動する不均質な顆粒はかくして得られた。これらの顆粒は、砂と石灰石から構成される芯を砂と炭酸ナトリウムから主に構成される鞘で包囲することによって形成される。

顆粒化工程の終わりの造粒機に存在する微粒子の量もまた、極めて少ない。実際、粉末材料の出発バッチは５０重量％のオーダーの微粒子（平均直径＜１００μｍ）の高い百分率割合を有していた。本発明による顆粒化の後、この百分率割合は実施例２の微粒子の約８重量％である。

実施例１〜２は、本発明が乾燥工程の必要性を減少し実際に除去する湿式造粒の効率的な方法を提供することを明らかに示す。容易な取り扱い及び機械的安定性のために理想的である水含有量を有しかつ顆粒化されていない微粒子の相対的に低い残留比率を有する顆粒は乾燥器なしで造粒機だけを使用して得られた。また、単一の顆粒化操作を使用することによって選択的バッチングを可能にする不均質な顆粒を得ることも可能であった。

本発明が上述の例示的実施形態に制限されず、様々な実施形態が特許請求の範囲によって規定された本発明のフレームワークから逸脱せずに適用されることができることが理解される。

Claims (12)

1. 粉末材料から顆粒を製造するための方法において、以下の連続工程を含むことを特徴とする方法：
   − 顆粒化される粉末材料を少なくとも二つの部分、即ち第一部分及び第二部分に分割する；
   − 粉末材料の前記第一部分に液体バインダーを加える；
   − かくして得られた第一混合物を造粒機で凝集して顆粒（ａ）を得る；
   − 粒末材料の第二部分を前記造粒機に加える；
   − 得られた新しい混合物を造粒機で凝集して顆粒（ｂ）を得る。
2. 粉末材料が、溶融炉におけるガラスの製造のために意図された原材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 粉末材料の前記第一部分が、顆粒化される粉末材料の少なくとも２５重量％を示すことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 粉末材料の前記第一部分が、顆粒化される粉末材料の最大７５重量％を示すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 液体バインダーが水を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 液体バインダーが一種以上の添加剤を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 加えられる液体バインダーの量が第一混合物の８重量％〜２０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 加えられる液体バインダーの量が第一混合物の８重量％〜１６重量％の範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
9. 顆粒（ｂ）が２重量％〜６重量％の範囲の水含有量を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 顆粒（ｂ）が３重量％〜５重量％の範囲の水含有量を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
11. 粉末材料の前記第一部分が、粉末材料の前記第二部分の組成と同一の組成を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 粉末材料の前記第一部分が、粉末材料の前記第二部分の組成とは異なる組成を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。