JP2013525256A - 少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料の粉砕方法および粉砕設備 - Google Patents

Abstract

本発明は、粉砕機（２）および材料を二つの粒分に分離することができるセレクタ装置（３）と呼ばれる粒度選別装置を備える設備（１）において実施される少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料（１０）の粉砕方法に関する。本発明の方法は、以下のステップを含む。粉砕機を使用して前記鉱物材料を材料床の圧縮によって粉砕して粉砕物を入手し、前記セレクタ装置を使用して粉砕物を細粒分と粗粒分に分離し、新たな粉砕ステップのため、粗粒分（１３）を粉砕機（２）に戻す。本発明によると、粉砕物の少なくとも一部分を、鉱物材料から金属不純物を分離するための選別にかける。本発明は、また、設備それ自体に関するものであり、その方法および設備はセメントなどの水硬性結合剤の製造用に特定の利用を見いだす。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料由来の水硬性結合剤の製造用の細粒分の入手方法ならびにカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料の粉砕に適した設備それら自体に関するものである。

本発明は、特に冶金産業のスラグ由来のセメントなどの水硬性結合剤製造用に特定の用途を見いだす。

水硬性セメントの製造において、石灰岩を使用する従来の方法では、大気中に大量のＣＯ₂を放出し、燃料の形態で多量のエネルギーを消費するという欠点がある。

水硬性結合剤を製造するために、カルシウムが豊富な他の材料が使用されることがあり得る。それらのなかで、冶金産業のスラグは、水硬性セメントの製造によって有効利用できる原料の供給源であり、このようにして前述の不都合を回避する。セメント製造にこのスラグを使用することによって、さらに、冶金産業のこれらの廃棄物を処分することができる。

しかしながら、その製造中に、スラグは様々なサイズの金属粒子をもたらすが、特に製品中に粗い粒子があると、セメントの中に金属粒子が存在することでセメントの性能は劣化する。セメント製造用に使用される粉砕機がボールミルであるとき、金属粒子はボール間の衝突によって粉砕工程中に粉々にされる。

最終生成物中でのそれらの粒度が小さいことから、それらの存在がセメントの品質を変えることはない。しかし、ボールミルは、材料床の圧縮によって作動する他の粉砕機と比較すると、低いエネルギー効率を示し、これらの他の粉砕機が必要とするエネルギー量の約二倍を消費する。

材料床の圧縮によって作動する粉砕機の一例が特許文献１で公表されている。この文献の粉砕機は、回転運動によって駆動され、全体的に水平なシリンダの内壁によって形成された環状トラック、およびそのトラック上を回転することが可能なローラーを備える。

シリンダの回転時、材料は粉砕される、つまりローラーとシリンダの内壁との間で圧縮される。

しかしながら、圧縮による粉砕では、金属粒子の延性が大きいため、それらの金属粒子を完全に粉々にすることはできない。したがって、粗い金属粒子は粉砕機から出た材料の中に残存するか、あるいはまた、粉砕機自体の内部に堆積する。

一般的には、粉砕機の導入口に磁気分離ステップが存在する。このステップの役割は、材料の圧縮によって粉砕機のキャスター（ローラー）を傷つける可能性のあるサイズの大きな磁気要素が入るのを防ぐことである。

しかし、この磁気分離ステップでは、スラグ片に含まれる金属粒分を除去することができない。

また、特許文献２によって、主に、粒度が１００〜６００マイクロメートルの範囲にある酸化鉄からなる研磨製品、その使用、その入手方法、およびスラグ由来の金属粒状二次生産物の製造方法が公知である。この方法の目的は、例えば、研磨添加剤としての、あるいはまた、バラストの製造用に特定の用途がある金属粒状二次生産物の入手である。

この方法は、スラグの大部分の金属部分を選別することを目的とし、連続して、以下のステップを備える。
‐粉砕機にスラグを供給し、
‐粉砕機内でスラグを粉砕し、粉砕物を入手し、
‐第一の細粒分から主に金属の粒分を分離するため、通風により粉砕物を選別し、
‐精製した生成物から非磁気生成物を分離するため、前記主に金属の粒分を磁気で選別し、
‐第二の細粒分から、金属細粒、複数の異なるサイズを有する細粒を分離するため、精製した生成物を通風により選別する。

そのような方法によって材料から大部分の金属部分を選別することができるが、鉱物材料中に残留物として含まれる金属不純物を十分に抽出することには適さないだろう。

本発明の目的は、品質が改良された最終生成物の入手を可能とし、水硬性結合剤の製造に適した、少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料由来の水硬性結合剤の製造用の細粒分の入手方法を提案して、前述の欠点を解決することである。

本発明のもう一つの目的は、方法の実施に適した設備それ自体を提案することである。

本発明のその他の目的および利点は、本明細書中で明らかになるであろうが、その説明は一例として示したものにすぎず、本発明を何ら限定するものではない。

本発明は、まず何よりも、少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料由来の水硬性結合剤の製造用の細粒分の入手方法に関するものである。本発明の方法は、粉砕機、および材料を二つの粒分に分離することができるセレクタ装置と呼ばれる粒度選別装置を備える設備で実施される。

前記方法は、以下のステップを備える。
‐全体的にまたは部分的に冶金産業のスラグを含む前記鉱物材料を供給し、
‐粉砕機を使用し材料床の圧縮により前記鉱物材料を粉砕し、粉砕物を入手し、
‐前記セレクタ装置を使用し粉砕物を前記細粒分と粗粒分に分離し、
‐新たな粉砕ステップのため、粗粒分を粉砕機に戻す。

本発明によると、粉砕物の少なくとも一部分を、鉱物材料から金属不純物を分離するための磁気選別にかけて金属不純物を抽出し、選別は、セレクタ装置の下流、粉砕機の上流で、粗粒分に対して、または、粉砕物の分離前に粉砕機とセレクタ装置の間で実施される。単独の、または、組み合わせた選択可能な特徴によると、
‐選別は、セレクタ装置の下流、粉砕機の上流で、粗粒分に対して実施され、選別された鉱物材料は粉砕機に戻され、選別された金属材料は排出され、
‐粗粒分は、質量にして、粉砕機から出された粉砕物の少なくとも８０％を占め、
‐新しい鉱物材料の一部分を直接前記セレクタ装置に供給し、
‐前記細粒分は最終生成物となり、
‐セレクタ装置は、少なくともローターを備える動的分離器によって構成されており、
‐セレクタ装置は、動的分離器に加えて、主に上昇ダクトによって構成された静的分離器を備え、前記静的分離器から送出された細粒分は前記動的分離器の導入口に供給され、
‐静的分離器は、ミリメートルを超える粒度分離を実施し、前記動的分離器は１００マイクロメートル未満のサイズの粒度分離を実施し、
‐鉱物材料は、冶金産業のスラグと鉱物の混合物であり、前記鉱物は、最大で冶金産業のスラグの２０質量％を占めることがあり得る。

本発明は、また、少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料の粉砕に適した設備であって、
‐粉砕機、および材料を二つの粒分に、つまり一つは細粒分、もう一つは粗粒分に分離することができるセレクタ装置と呼ばれる粒度選別装置であり、前記セレクタ装置は、特に鉛直軸を有し、周縁に羽根の付いたローターを備える動的分離器を備え、一つは粒子を放出しようとするローターの回転によって発生する力と、もう一つはローターの中心の方へ吸い込まれるガスの速度によって発生する抗力という、対抗する力を前記粒子に受けさせて、粒子をそれらの粒度に応じて分離することができる装置、
‐粉砕機から送出された粉砕物をセレクタ装置の導入口の方へと運ぶための第一の移送手段、
‐前記セレクタ装置から送出された粗粒分を粉砕機の導入口の方へと運ぶための第二の移送手段、
を備える設備に関するものである。

本発明によると、前記設備は、また、運ばれる材料から金属不純物の少なくとも一部分を抽出することができる前記第一の移送手段および／または前記第二の移送手段と協働する磁気装置を備える。

設備の選択可能な特徴によると、
‐粉砕機は（複数の）キャスター付き水平粉砕機であり、
‐前記セレクタ装置は、動的分離器に加えて、主に上昇ダクトによって構成された静的分離器を備え、前記静的分離器から送出された微細材料は前記動的分離器の導入口に供給され、
‐前記磁気装置は、前記第一の移送手段と協働し、
‐前記磁気装置は、前記第二の移送手段と協働する。

本発明は、また、セメントなどの水硬性結合剤の製造用の最終生成物としての本発明による方法の実施によって得られる細粒分の使用、または、セメントなどの水硬性結合剤の製造用の本発明による設備の使用に関するものである。

本発明は、添付図面を使用した以下の説明を読むことでよりよく理解されるであろう。

本発明の第一の実施態様による粉砕方法の概略図。 本発明の第二の実施態様による粉砕方法の一実施例。 本発明の第三の実施態様による粉砕方法の一実施例。 本発明の第四の実施態様による粉砕方法の一実施例。

本発明は、少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料の粉砕方法に関する。

前記鉱物材料１０は、このように、全体的にまたは部分的に冶金産業のスラグを含有することがあり得る。例えば、鉱物材料は、冶金産業のスラグと特にカルシウムを含有する鉱物の混合物である。一実施例によると、鉱物は、最大で冶金産業のスラグの２０質量％を占める。

この粉砕方法は、粉砕機２、および、セレクタ装置３と呼ばれる、材料を二つの粒分に分離することのできる粒度選別装置を備える設備１内で実施される。

粉砕機２は、（複数の）キャスター（またはローラー）付きの水平粉砕機であり得る。特に、特許文献１によって公知の、水平軸を有する回転シリンダおよび少なくとも一つのローラーを備え、そのローラーは前記ローラーの内部に、シリンダの内側面によって形成されたトラック上を回転するように配置されており、さらにシリンダを回転駆動する手段を備えるタイプの粉砕機である。

このタイプの粉砕機では、材料は、シリンダがその軸上で回転運動によって駆動されるとき、前記ローラーとシリンダの内側壁との間で圧縮されて粉砕される。

粒度選別装置は、ローターを備える動的分離器４を備えることがあり得る。特に、特許文献３、あるいはまた、特許文献４によって公知のタイプの動的分離器であり得る。

このタイプの動的分離器では、分離は、鉛直軸を有し、周縁に規則的に配置された羽根の付いた、円筒形または円錐台形のローターによって実施される。前記羽根の間で、粒子は対抗する力を、すなわち、一つは、ローターの回転によって発生し、粒子を放出しようとする遠心力、もう一つは、ローターの中心の方向へ吸い込まれるガスの速度によって発生し、前記ガスの出口の方へガスと共に粒子を流そうとする抗力を受ける。

このタイプの動的分離器では、遠心力はサイズが最も粗い粒子の場合により大きくなり、抗力はサイズが最も細かい粒子の場合により大きくなり、これによって、処理した材料の粒度選別を実施する。したがって、所定の選別粒度より小さいサイズの材料はガスの出口の方へガスと共に流され、他方では、前記所定の粒度より大きいサイズの材料は落下し回収される。

セレクタ装置は、動的分離器４の他に、主に上昇ダクトによって構成された静的分離器５を備えることがあり得る。二つの分離段階を備える、このセレクタ装置３では、静的分離器５から送出された微細材料は動的分離器４の導入口に供給される。

この静的分離器５は、特許文献５によって公知のタイプのものであり得る。この静的分離器は、主に、上昇流を有する鉛直ダクトによって構成されており、その鉛直ダクトは、その底部にガスの注入口を備え、下方開口部と上方開口部と、さらに前記下方開口部と前記上方開口部との間で処理される材料用の供給開口部を備えている。この静的分離器では、微細材料は前記上昇流の揚力により上方開口部を通ってガスと共に逃れ、一方、より粗い材料であるもう片方の部分は、前記ガスによって流されず、下方開口部を通って落下する。

この静的分離器は、特許文献５で説明されているように、特にガスの導管の内壁に対して固定され、その導管の中心の方へ向いた、全体的に水平な羽根の形をした、導管の下方開口部と供給開口部との間に位置する乱流を生成する手段を、さらに備えることがあり得る。

本発明による方法は、以下のステップを備える。
‐粉砕機２によって前記鉱物材料１０を材料床の圧縮によって粉砕し、粉砕物１１を入手し、
‐粉砕物１１を、前記セレクタ装置３によって特に最終生成物となる細粒分１２と粗粒分１３に分離し、
‐新たな粉砕ステップのため、粗粒分１３を粉砕機２に戻す。

本発明によると、粉砕物１１または１３の少なくとも一部分を、鉱物材料から金属不純物を分離するための選別にかける。

この選別ステップは、磁気選別であり、特に処理する材料を運搬するベルトコンベアの上方に設置された、特に磁気センサや磁気抽出器のような様々な機器によって実施される。

磁気センサによって、金属片を含有する材料を偏向することのできる電磁界を生成して、金属片を検出することができる。抽出器は磁石を備え、磁性粒子を除去するために引きつける。しかしながら、これらの後者の装置は、材料床の下に位置する磁性粒子を抽出することができない。

好ましくは、粗粒分１３は、質量にして、粉砕機２から出された粉砕物の少なくとも８０％を占めることがあり得る。したがって、材料が、数回、連続して、特に磁気選別を受けることができるように、大きなサイクルが形成され、これによって選別性能が向上する。

磁気粒分の十分な除去は、磁気選別ステップに材料を少なくとも四回連続して通過させることによって得られるが、これは粉砕物の少なくとも８０％である残留材料の割合に相当する。

非限定的な図１〜３に図示した実施態様によると、選別は、粗粒分１３₁に対して、セレクタ装置３の下流、粉砕機２の上流で行われ得る。選別された鉱物材料１３₂は粉砕機２に戻され、選別された金属材料１４は排出される。

図４に図示した別の実施態様によると、選別ステップは、粉砕機２とセレクタ装置３の間で、粉砕物１１の分離の前に実施され得る。

図３に示した非限定的な一実施態様によると、鉱物材料１０の一部分１０２は直接セレクタ装置３に供給される。

さて、ここで、図面１〜３の非限定的な実施例を詳細に記載する。

図１は、材料床の圧縮粉砕機タイプの粉砕機２およびローターを備える動的分離器４によって構成される粒度選別装置３を使用する粉砕方法を示している。処理すべき材料１０は粉砕機２に供給され、粉砕機２は粉砕ステップを実行して、粉砕物１１を生成する。この粉砕物１１は、第一の移送手段によって、セレクタ装置３の方へ運ばれ、セレクタ装置３は粉砕物１１を最終生成物である細粒分１２と粗粒分１３に分離する。

粗粒分１３は、第二の移送手段によって、粉砕機２の導入口に再度運ばれる。

磁気装置６は、第二の移送手段と協働して、運ばれた材料から金属不純物の一部分を抽出することを可能とする。さらに詳細には、選別された金属材料１４は排出され、選別された鉱物材料１３₂は前記第二の移送手段によって粉砕機２の導入口に送られる。

図２は、本発明の第二の実施態様を示している。それは、鉱物材料１０の一部分１０２が直接セレクタ装置３に供給されるところが、図１の実施態様との相違点である。

粉砕機２は、直接供給される鉱物材料の粒分１０１と再利用される材料１３₂から、粉砕物１１を生成する。セレクタ装置３は材料１１および１０２の全部を処理し、最終生成物である細粒分１２、および粗粒分１３を分離する。粗粒分は磁気装置６によって磁気選別を受ける。選別された金属材料１４は排出されるが、一方、選別された鉱物材料１３₂は新たな粉砕ステップのため粉砕機２の方へ送られる。

図３は本発明の第三の実施態様を示しており、この実施態様では、粒度選別ステップは二つの連続した段階５、４を有する。

第一段階は静的分離器５であり、ミリメートルを超える大きいサイズでの粒度分離を実施するが、第二段階はローターを備える動的分離器４であり、１００マイクロメートル未満のより小さいサイズでの粒度分離を実施する。

微粒子が豊富な原料１０の一部分１０２は、直接、粒度選別ステップの方へ、さらに詳細には、静的分離器５の供給導入口の方へ運ばれる。粉砕機は、粉砕機２に直接供給される鉱物材料１０の一部分１０１および再利用される粗粒分の一部分１３₂から粉砕物１１を生成する。静的分離器５および動的分離器４は材料１１、１０２を合わせて処理し、粗粒分１３と細粒分１２を分離する。

より詳細には、粗粒分１３は、静的分離器５によって放出された粗粒分１６および動的分離器４によって放出された粗粒分１５によって構成される。

この粗粒分１３は移送手段を介して粉砕機２の導入口まで運ばれる。磁気装置６は移送手段と協働して、運ばれる材料から金属不純物の一部分を抽出することを可能とする。さらに詳細には、磁気装置６によって、選別された金属材料１４を排出することが可能となり、選別された鉱物材料１３₂は新たな粉砕ステップのため粉砕機２まで送られる。

図４の実施態様は、粉砕機２とセレクタ装置３との間の前記第一の移送手段と協働する磁気装置６の位置が図１の実施態様とは異なる。粉砕機２から送出された粉砕物１１、１１₁は、選別された金属材料１４を排出することを可能とする前記磁気装置６の作用を受けるが、粉砕物のその他の部分１１、１１₂はセレクタ装置３まで送られる。

図１〜４の実施態様では、粉砕機は（複数の）キャスター付きの水平粉砕機であり得る。

ベルトコンベアまたは同類のもののような第一の移送手段によって、粉砕機２から送出された粉砕物１１をセレクタ装置３の導入口まで運ぶことが可能となる。

ベルトコンベアまたは同類のもののような第二の移送手段によって、セレクタ装置３から送出された粗粒分１３を粉砕機２の導入口まで運ぶことが可能となる。

下記の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲は越えないが、当然、当業者によって別の実施様態が検討されることもあり得るだろう。

１ 設備
２ 粉砕機
３ セレクタ装置
４ 動的分離器
５ 静的分離器
６ 磁気装置
１０ 鉱物材料
１１ 粉砕物
１２ 細粒分
１３ 粗粒分
１４ 金属材料

欧州特許第０４８６３７１号明細書 国際公開第９７／１４７６０号 仏国特許出願公開第２６４２９９４号明細書 仏国特許出願公開第２６５８０９６号明細書 国際公開第２００８／０６８４３２号

Claims (15)

1. 少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料（１０）由来の水硬性結合剤の製造用の細粒分の入手方法であって、粉砕機（２）および材料を二つの粒分（１２、１３）に分離することができる、セレクタ装置（３）と呼ばれる、粒度選別装置を備える設備（１）で実施される、
   以下のステップ、
   ‐全体的にまたは部分的に冶金産業のスラグを含む前記鉱物材料（１０）を供給し、
   ‐粉砕機（２）を使用して前記鉱物材料（１０）を材料床の圧縮によって粉砕して、粉砕物（１１）を入手し、
   ‐前記セレクタ装置（３）を使用して粉砕物（１１）を前記細粒分（１２）と粗粒分（１３）に分離し、
   ‐新たな粉砕ステップのため、粗粒分（１３）を粉砕機（２）に戻す、
   を備える方法において、
   粉砕物の少なくとも一部分を、鉱物材料から金属不純物を分離するための磁気選別にかけて、金属不純物を抽出し、その選別は、粗粒分（１３₁）に対して、セレクタ装置（３）の下流、粉砕機（２）の上流で、または、粉砕物（１１）の分離前に粉砕機（２）とセレクタ装置（３）の間で実施されることを特徴とする方法。
2. 選別が、前記粗粒分（１３₁）に対して、セレクタ装置（３）の下流、粉砕機（２）の上流で実施され、選別された鉱物材料（１３₂）は粉砕機（２）に戻され、選別された金属材料（１４）は排出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 粗粒分（１３）が、質量にして、粉砕機（２）から出された粉砕物（１１）の少なくとも８０％を占めることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 鉱物材料（１０）の一部分（１０２）を直接、前記セレクタ装置（３）に供給することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 前記細粒分（１２）が、最終生成物となることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 前記セレクタ装置（３）が、少なくともローターを備える動的分離器（４）によって構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
7. 前記セレクタ装置（３）が、動的分離器（４）に加えて、主に上昇ダクトによって構成された静的分離器（５）を備え、前記静的分離器から送出された細粒分は前記動的分離器（４）の導入口に供給されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 静的分離器（５）が、ミリメートルを超える粒度分離を実施し、前記動的分離器（４）は１００マイクロメートル未満のサイズの粒度分離を実施することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 鉱物材料が、冶金産業のスラグと鉱物の混合物であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
10. 少なくともカルシウムおよび金属不純物を含有する鉱物材料の粉砕に適した設備（１）であって、
    ‐粉砕機（２）、および材料を二つの粒分、つまり一つは細粒分（１２）、もう一つは粗粒分（１３）に分離することができるセレクタ装置（３）と呼ばれる粒度選別装置であり、前記セレクタ装置（３）は、鉛直軸を有し、周縁に羽根の付いたローターを備える動的分離器（４）を備え、一つは粒子を放出しようとするローターの回転によって発生する力と、もう一つはローターの中心の方へ吸い込まれるガスの速度によって発生する抗力という、対抗する力を前記粒子に受けさせて、粒子をそれらの粒度に応じて分離することができる装置、
    ‐粉砕機（２）から送出された粉砕物（１１）を前記セレクタ装置（３）の導入口の方へと運ぶための第一の移送手段、
    ‐前記セレクタ装置（３）から送出された粗粒分（１３）を粉砕機（２）の導入口の方へと運ぶための第二の移送手段を備える設備において、
    さらに、運ばれた材料から金属不純物の少なくとも一部分（１４）を抽出することが可能な前記第一の移送手段および／または前記第二の移送手段と協働する磁気装置（６）を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法を実施するための設備。
11. 粉砕機（２）が、（複数の）キャスター付き水平粉砕機であることを特徴とする請求項１０に記載の設備。
12. 前記セレクタ装置（３）が、動的分離器（４）に加えて、主に上昇ダクトから構成される静的分離器（５）を備え、前記静的分離器から送出された微細材料が前記動的分離器（４）の導入口に供給されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の設備。
13. 前記磁気装置（６）が、前記第一の移送手段と協働することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の設備。
14. 前記磁気装置（６）が、前記第二の移送手段と協働することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の設備。
15. セメントなどの水硬性結合剤の製造用の、最終生成物として請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法の実施によって入手された細粒分（１２）の使用、または、セメントなどの水硬性結合剤の製造用の、請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の設備の使用。

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