JP2017042688A - スラリーの処理装置、スラリーの排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、固体粒子の沈降を抑制しながら、そのスラリーを効率的に且つ効果的に容器から排出することができる方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るスラリーの排出方法は、液体と固体粒子とを含むスラリーを収容し処理するための処理装置１からスラリー１０を抜き出すスラリーの排出方法であって、処理装置１において、スラリー１０を撹拌するための撹拌羽根１１Ａと、撹拌羽根１１Ａにより撹拌されたスラリー１０の流れ方向の下流側に、そのスラリー１０を衝突させる遮蔽部材１２とを設け、スラリー１０を、撹拌羽根１１Ａにより撹拌することによって固体粒子を液体中に分散させるとともに、遮蔽部材１２に衝突させることによって乱流を生じさせ、その遮蔽部材１２の周囲に設けた出口配管１３からスラリー１０を抜き出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、スラリーを収容して処理するためのスラリーの処理装置及びそのスラリーの排出方法に関するものであり、より詳しくは、例えば金属粒子等の固体粒子を含むスラリーを、その固体粒子の沈降を抑制しながら排出することができるスラリーの処理装置及びその処理装置を用いたスラリーの排出方法に関する。

非鉄金属製錬工場では一般に、容器内にスラリー状の物質を収容して、溶解、結晶成長、化学反応といった各種の処理を行っている。容器内での処理を効率的に進めるために、処理の終わったスラリーを容器から排出して次の容器へ送り出し、未処理のスラリーを受け入れるという操作が広く行われている。

処理対象となるスラリーは、様々な大きさの固体粒子と液体とを含んでおり、それぞれの密度には差がある。非鉄金属製錬で処理するスラリーとしては、その固体粒子が金属化合物であり、液体が水溶液であることが多く、固体粒子の方が液体よりも格段に高密度である。したがって、そのようなスラリーを容器から排出して、次の容器等に送り出そうとしても、スラリー中の固体粒子は容器から排出される前に容器底部に沈殿してしまう。

固体粒子を含むスラリーを容器から容器に効果的に移送する技術として、例えば特許文献１に開示されているような、高圧ポンプを用いて押し流す方法が知られている。しかしながら、この方法では、高圧ポンプ等の、固体粒子を含むスラリーを効率的に押し流すための高価なポンプを要するうえ、容器や配管、撹拌機の軸封等についても、耐圧仕用にする必要がある。また、固体粒子よりも水溶液成分の方が優先して排出されて送り出されるようになるため、固体粒子が容器底部に沈殿してしまうという問題は解決されない。

また、スラリー中の固体粒子の沈降を抑制するために、例えば、撹拌機を用いてスラリーを撹拌することによって固体粒子を巻き上げ、次の容器に送り出されるスラリー中に均一に混合する方法が行われている。しかしながら、撹拌機には固体粒子を容器内全体に分散する機能しかないため、分散された固体粒子の多くは、その後に容器内を移動する過程で、次の容器へ向かって流し出される前に容器底部へ沈殿してしまう。

沈殿してしまった固体粒子を次の容器へ送り出すために、容器底部に底抜き配管を設置したり、底抜き配管の先にポンプを設置して移送するといった方法も考えられるが、沈殿した固体粒子によって底抜き配管が閉塞してしまうという問題や、ポンプの負担が大きくなり破損してしまうという問題がある。

特開２００３−２６０３４９号公報

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、例えば高圧ポンプのような高価な装置を使用することなく、固体粒子の沈降を抑制しながら、そのスラリーを効率的に且つ効果的に容器から排出することができる方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、スラリー中の固体粒子の沈降を抑制するためには、沈降しやすい粒径の大きな固体粒子を効率的に抜き出すことが重要であると考え、収容したスラリー中の固体粒子の粒度分布と、抜き出されるスラリー中の固体粒子の粒度分布とが近似するようになれば実現可能であると考えた。そこで、抜き出すスラリー中の固体粒子の粒度分布に着目して鋭意検討を重ねた結果、処理装置内において、撹拌羽根と遮蔽部材とを組み合わせてスラリーに乱流を生じさせることで、所望の粒度分布の固体粒子を含むスラリーを効率的に排出できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のものを提供する。

（１）本発明の第１の発明は、液体と固体粒子とを含むスラリーを収容し、該スラリーを撹拌しながら処理するスラリーの処理装置であって、前記スラリーを撹拌する撹拌羽根と、前記撹拌羽根により撹拌された前記スラリーの流れ方向の下流側に設けられ、該スラリーを衝突させて乱流を生じさせる遮蔽部材と、前記遮蔽部材の周囲に設けられた出口配管とを備えるスラリーの処理装置である。

（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記出口配管が、前記スラリーの乱流が生じる領域に設けられているスラリーの処理装置である。

（３）本発明の第３の発明は、第２の発明において、前記出口配管が、前記遮蔽部材に対して前記スラリーが衝突する直前に設けられているスラリーの処理装置である。

（４）本発明の第４の発明は、液体と固体粒子とを含むスラリーを収容し処理するための処理装置から該スラリーを抜き出すスラリーの排出方法であって、前記処理装置において、前記スラリーを撹拌する撹拌羽根と、前記撹拌羽根により撹拌された前記スラリーの流れ方向の下流側に、該スラリーを衝突させる遮蔽部材とを設け、前記スラリーを、前記撹拌羽根により撹拌することによって前記固体粒子を前記液体中に分散させるとともに、前記遮蔽部材に衝突させることによって乱流を生じさせ、該遮蔽部材の周囲に設けた出口配管から該スラリーを抜き出すスラリーの排出方法である。

（５）本発明の第５の発明は、第４の発明において、前記乱流が生じる領域の液面の高さが、前記処理装置に収容したスラリーの平均液面高さよりも高くなるように該スラリーを撹拌するスラリーの排出方法である。

（６）本発明の第６の発明は、第４又は第５の発明において、前記固体粒子が金属粒子を含むスラリーの排出方法である。

本発明によれば、固体粒子の沈降を抑制しながら、そのスラリーを効率的に且つ効果的に排出することができる。

スラリーの処理装置の構成の一例を示す図である。 スラリーの排出方法の原理を説明するための模式図である。 実施例１、２、比較例１において排出したスラリー中の固体粒子の粒度分布を示す図であり、装置内に投入したスラリー中の固体粒子の粒度分布と比較するための図である。

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更が可能である。

≪１．スラリーの処理装置≫
本実施の形態に係るスラリーの処理装置は、液体と固体粒子とを含むスラリーに対する処理装置であって、スラリーを収容し、そのスラリーを撹拌しながら種々の処理を施す容器であり、処理後にはスラリーが排出されて別の容器等に移送される。

図１は、本実施の形態に係るスラリーの処理装置の構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、円筒形状の装置を上部からみたときの上面図であり、図１（ｂ）は、装置の鉛直方向の透視図である。この図１に示すように、スラリーの処理装置１（以下、単に「処理装置１」ともいう）は、スラリー１０を撹拌するための撹拌羽根１１Ａを有する撹拌装置１１と、撹拌羽根１１Ａにより撹拌されたスラリー１０の流れ方向の下流側に設けられ、そのスラリー１０を衝突させて乱流を生じさせる遮蔽部材１２と、遮蔽部材１２の周囲に設けられた出口配管１３とを備える。

なお、処理装置１の形状としては、特に限定されないが、スラリー１０の滞留を抑制する観点から、円筒形状のものであることが好ましい。

詳しくは後述するが、このスラリーの処理装置１では、撹拌羽根１１Ａによりスラリー１０を撹拌して所定方向に流れを生じさせるとともに、スラリー１０に含まれる固体粒子を液体中に分散させる。また、スラリー１０の流れの下流側に遮蔽部材１２を設けることで、流れが生じたスラリー１０をその遮蔽部材１２に衝突させるようにし、遮蔽部材１２への衝突に基づいてスラリー１０に乱流を生じさせる。処理装置１では、このような構成により、遮蔽部材１２の周囲に設けた出口配管１３を介して、固体粒子が均一に分散して沈降が抑制された状態で、スラリー１０を排出することができる。すなわち、収容したスラリー１０中の固体粒子の粒度分布と近似した粒度分布を有するスラリー１０を、高価な装置を用いることなく効率的に且つ効果的に排出することができる。

ここで、処理対象となるスラリー１０としては、特に限定されないが、例えば固体粒子として金属粒子を含むものを用いることができる。金属粒子としては、例えば、ニッケル粒子、コバルト粒子、銅粒子、銀粒子、またそれらの合金の粒子等が挙げられる。また、固体粒子としては、銅製錬処理により得られたスラグ粒子等であってもよい。

このように、スラリー１０として、比重の重い金属粒子等を固体粒子として含有するものであっても、スラリーの処理装置１を用いて排出することにより、その固体粒子の沈降を抑制しながら高いスラリー濃度のスラリーを排出し、次の容器等に移送することができる。なお、スラリー濃度とは、スラリー中の固体粒子の含有割合をいう。

［撹拌装置］
撹拌装置１１は、例えば、処理装置１の中央部に設置され、撹拌羽根１１Ａと撹拌軸１１Ｂとを有する。撹拌装置１１においては、撹拌羽根１１Ａを所定の速度で回転させることにより処理装置１内に収容したスラリー１０を撹拌し、その撹拌羽根１１Ａの回転方向（例えば図１（ａ）の矢印方向）に沿った方向に流れを生じさせる。また、撹拌装置１１は、撹拌羽根１１Ａによる撹拌によって、スラリー１０に含まれる固体粒子を巻き上げて、液体中に分散させる。

なお、巻き上げられた固体粒子は、経時的には、撹拌羽根１１Ａの回転方向に沿って移動しつつ徐々に沈降していき、その沈降速度は大きな固体粒子ほど速くなる。

撹拌装置１１を構成する撹拌羽根１１Ａとしては、固体粒子を分散させることができるものであれば特に限定されず、一般的な形状の撹拌羽根を使用することができる。また、図１（ｂ）に示すように、撹拌軸１１Ｂに対して、撹拌羽根１１Ａを所定の間隔をあけて上下２段の構成で設けてもよい。

撹拌装置１１を構成する撹拌軸１１Ｂは、撹拌羽根１１Ａを支持するとともに撹拌羽根１１Ａに回転動力を伝達するものであり、処理装置１内に収容したスラリー１０の液面に対して鉛直方向に挿入されている。また、撹拌軸１１Ｂは、スラリー１０の液面から挿入されている板状の遮蔽部材１２の軸と平行に設けられることが望ましい。平行に設けることによって、詳しくは後述するように、遮蔽部材１２へのスラリー１０の衝突がより激しくなり、その衝突により生じる乱流を大きくすることができる。

撹拌装置１１による撹拌羽根１１Ａの回転速度は、処理対象とするスラリー１０の収容量や粘性等の性状に基づいて適宜決定すればよい。また、撹拌羽根１１Ａによる回転でスラリー１０に流れが生じ、そのスラリー１０が遮蔽部材１２に衝突すると、遮蔽部材１２の周囲の液面が盛り上がってその他の液面よりも高くなるが、このときの液面の高さが所望の範囲となるように、撹拌羽根１１Ａの回転速度を決定してもよい。

なお、撹拌装置１１としては、処理装置１の中央部に設置することに限られず、処理装置１の中心からずらした位置に設置してもよい。

［遮蔽部材］
遮蔽部材１２は、例えば板状の形状を有しており、撹拌羽根１１Ａにより撹拌されたスラリー１０の流れ方向の下流側に設けられる。この遮蔽部材１２により、流れてきたスラリー１０を衝突させてその流れを遮蔽し、そのスラリー１０に乱流を生じさせる。

ここで、スラリーの流れ方向とは、撹拌羽根１１Ａによる撹拌で生じた液流れの方向をいい、撹拌羽根１１Ａの回転方向と同様の水平面の方向となる。上述したように、撹拌羽根１１Ａにより撹拌されたスラリー１０においては、撹拌により巻き上げられた固体粒子が、撹拌羽根１１Ａの回転方向（水平方向）に沿って移動しつつ徐々に沈降していくが、このとき、そのスラリー１０の流れ方向の下流側に遮蔽部材１２を設けて衝突させることによって、そのスラリー１０の流れを遮蔽部材１２の軸方向（鉛直方向）の流れに変えることができる。すると、その鉛直方向への流れによって、徐々に沈降していった固体粒子を巻き上げることができ、沈殿生成を抑制することができる。

遮蔽部材１２の形状としては、上述したように板状の形状とすることができる。また、板状の形状を湾曲させたものであってもよい。

また、遮蔽部材１２の幅方向の大きさとしては、処理装置１の大きさ（内径）等に応じて決定すればよく、例えば、処理装置１の内径の２０分の１〜３分の１程度の大きさとすることができる。

また、遮蔽部材１２の長さ方向の大きさについても、処理装置１の大きさや撹拌羽根１１Ａの設置位置（高さ方向における高さ位置）に応じて決定すればよいが、スラリー１０の液面から挿入した遮蔽部材１２の下端部の位置が、撹拌羽根１１Ａの高さ位置を超えるような大きさであることが好ましい。これにより、撹拌羽根１１Ａによる撹拌で流れが生じたスラリー１０を確実に遮蔽部材１２に衝突させて乱流を生じさせることができる。具体的には、例えば、処理装置１の深さ方向の大きさの３分の２程度の大きさとすることができ、また、処理装置１の深さ方向の大きさと同程度の大きさであってもよい。

また、遮蔽部材１２の厚みとしては、スラリー１０の衝突によって変形しない程度の厚みがあればよい。なお、通常は、幅方向の大きさよりは小さくする。

遮蔽部材１２は、例えば図１に示すように、円筒形状の処理装置１の壁面に接触する形態で、均等間隔で４箇所に設けるようにすることができる。なお、図１に示す処理装置１の例では、遮蔽部材１２（１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ）が円筒形状の処理装置１の中心軸に対して互いに９０度の間隔で４箇所設けている。また、図２（ａ）の水平断面図に示すように、処理装置１の壁面から少し離れた位置に設けるようにして、遮蔽部材１２に衝突したスラリー１０の流れが乱流となって、板状の遮蔽部材１２の両端から遮蔽部材１２の後方に流れていくようにしてもよい。

遮蔽部材１２の設置数としては、特に限定されず、処理装置１の大きさ等に応じて適宜決定することができる。遮蔽部材１２の設置数が多すぎると、スラリー１０の流れに滞留が生じてしまう可能性がある。一方で、遮蔽部材１２の設置数が少なすぎると、処理装置１内における乱流の発生に偏りが生じ、固体粒子の沈降を抑制しながら効率的に排出できない可能性がある。なお、遮蔽部材１２を複数設置する場合においては、処理装置１内の空間に所定の間隔をあけて均等な配置で設けることが好ましい。

［出口配管］
出口配管１３は、遮蔽部材１２の周囲に設けられており、処理装置１内での処理が終了したスラリー１０を抜き出して装置の外に排出するための配管である。出口配管１３を介して排出されたスラリー１０は、例えばその配管を通って他の容器等に移送される。なお、この出口配管１３としては、スラリーを吸入して装置から排出できるものであれば特に限定されず、例えばシリンダーのようなものでもよく、圧力ポンプ等を備えた管状の配管であってもよい。

ここで、遮蔽部材１２の周囲の領域では、撹拌羽根１１Ａにより撹拌されて流れてきたスラリー１０が遮蔽部材１２に衝突することによって乱流が発生している。スラリー１０においては、撹拌羽根１１Ａによる撹拌で、スラリー１０中の固体粒子が分散した状態となっており、また遮蔽部材１２への衝突による乱流で、固体粒子が巻き上げられて沈降が抑制された状態となっている。このような状態となっているスラリー１０のある領域に出口配管１３を設けることで、大小様々な粒径の固体粒子の沈降を抑制しながら、高いスラリー濃度のスラリー１０を処理装置１から排出することができる。

出口配管１３は、上述したように遮蔽部材１２の周囲に設けられる。また、出口配管１３は、スラリー１０の遮蔽部材１２への衝突に基づく乱流が生じる領域（以下、「乱流領域」ともいう）に設けられることがより好ましく、遮蔽部材１２の周囲における乱流領域としては、例えば、遮蔽部材１２にスラリー１０が衝突する直前の領域である。

例えば、遮蔽部材１２の周囲の領域として、遮蔽部材１２を囲む円柱形領域、あるいはその円柱形領域を含むその周辺領域に、出口配管１３を設けることができる。なお、その円柱形領域とは、遮蔽部材１２をその中心軸を中心に回転させたときに形成される領域をいい、例えば図２（ａ）に示す鎖線囲み部Ｐで示す領域である。この円柱形領域では、特に大きな乱流が生じているため、固体粒子の粒度分布が投入したスラリーの粒度分布と近似したスラリーを効率的に且つ大量に抜き出すことができる。

ここで、遮蔽部材１２の周囲の領域であって、例えば、遮蔽部材１２にスラリー１０が衝突する直前の領域としては、図１（ａ）の上面図におけるＸで印す箇所に出口配管１３を設けることができる。同様に、図１の例のように遮蔽部材１２を４箇所（遮蔽部材１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ）に設ける場合においては、それぞれの遮蔽部材１２におけるスラリー１０が衝突する直前の領域に出口配管１３を設けることができる。なお、図１（ａ）におけるＹで印す箇所、Ｚで印す箇所は、後述する実施例、比較例における出口配管の設置箇所を示しており詳しくは後述する（Ｚで示す箇所は比較例での態様を示すため、『（Ｚ）』と表記している。）。

≪２．スラリーの排出方法≫
本実施の形態に係るスラリーの排出方法は、液体と固体粒子とを含むスラリーを収容し種々の処理を施すための処理装置から、そのスラリーを抜き出して排出する方法であり、上述したスラリーの処理装置１を使用することを特徴とする。なお、排出したスラリーは、配管等を介して、適宜、他の処理装置等の容器に移送することができる。

具体的には、スラリーを処理するための処理装置１において、スラリー１０を撹拌するための撹拌羽根１１Ａを有する撹拌装置１１と、撹拌羽根１１Ａにより撹拌されたスラリーの流れ方向の下流側に、スラリー１０を衝突させる遮蔽部材１２とを設ける。また、例えば、その遮蔽部材１２の周囲にスラリーを抜き出すための出口配管１３を設ける。

そして、本実施の形態に係るスラリーの排出方法では、そのスラリー１０を、撹拌羽根１１Ａにより撹拌することによって固体粒子を分散させるとともに、遮蔽部材１２に衝突させることによって乱流を生じさせ、その遮蔽部材１２の周囲に設けた出口配管１３からスラリー１０を抜き出す。

図２は、スラリーの排出方法の原理を説明するための模式図である。図２（ａ）は、円筒形状の処理装置１を上部からみたときの上面図であり、図２（ｂ）は、処理装置１の鉛直方向の断面図である。

例えば、図２（ａ）に示すように、撹拌装置１１の撹拌羽根１１Ａを回転（図中の二重線矢印は回転方向を示す）させてスラリー１０を撹拌すると、スラリー１０に回転方向に沿った方向に流れが生じて、所定の位置に設けた遮蔽部材１２にスラリー１０が衝突する。すると、その遮蔽部材１２へのスラリー１０の衝突により、スラリー１０の水平方向の流れから、遮蔽部材１２の周囲にスラリー１０の乱流が生じるようになる。スラリー１０の乱流が生じると、例えば板状の遮蔽部材１２の面（スラリー１０の衝突面）に対して左右方向への流れだけではなく、図２（ｂ）に示すように、遮蔽部材１２の面に沿って上下方向にも流れが生じ、スラリー１０中の固体粒子が巻き上がるようになる。なお、図２（ａ）、（ｂ）の矢印（遮蔽部材１２周囲の矢印）は、遮蔽部材１２に衝突して乱流が生じたスラリー１０の流れを示している。このようにして遮蔽部材１２への衝突によってスラリー１０に乱流が生じると、スラリー１０中の固体粒子は、分散がより一層に進行して、その固体粒子の沈降が抑制される。

そして、この処理装置１では、遮蔽部材１２の周囲に出口配管１３を設けているので、その出口配管１３を開口させてスラリー１０を抜き出すことによって、乱流が生じている状態のスラリー１０を直接的に抜き出すことができ、つまり、固体粒子の沈降を抑制しながらスラリー１０を抜き出すことができる。このような方法によれば、スラリー濃度が高いスラリー１０を効率的に且つ効果的に抜き出して排出することができ、例えばその出口配管１３を介して、別の処理装置等の容器に移送することができる。

また、図２（ｂ）のＷ部は、遮蔽部材１２へのスラリー１０の衝突により、乱流が生じた領域の液面が盛り上がり、その液面の高さが、処理装置１に収容したスラリー１０の全体の平均液面高さよりも高くなっている箇所を示している。液体は固体よりも比重が小さいため、遮蔽部材１２に向かって流れるスラリーの流れが強いと、スラリー１０の平均液面高さよりも乱流領域における液面は高くなる。このようなとき、スラリー１０中の大きな固体粒子は、より一層に高く巻き上がっているため、容易に抜き出すことができる。このように、乱流領域の液面が盛り上がり、その領域の液面の高さが高くなるようにスラリー１０を撹拌することで、スラリー１０中の固体粒子の巻き上がり度合を高めることができ、その固体粒子の分散効果を向上させてより効果的にスラリー１０を抜き出すことができる。なお、スラリー１０が不透明である場合でも、遮蔽部材１２への衝突により盛り上がった液面を見つけて、その近傍に出口配管１３を設けることで、出口配管１３の適切な設置位置を簡易に決定することができる。

ここで、スラリー１０に含まれる固体粒子のうち、比較的粒径の小さな固体粒子は沈降が遅くなるため、その軌跡は粒径の大きな固体粒子に比べて水平方向を向く、すなわち、俯角が小さい。固体粒子の大きさに偏りが生じることなく均等に抜き出すためには、小さな固体粒子の軌跡を大きな固体粒子の軌跡に近づけることが好ましくなる。

そこで、遮蔽部材１２の設置向き、すなわちスラリー１０の衝突面となる遮蔽部材１２の面の向きを、撹拌羽根１１Ａの回転により流れてくるスラリー１０の流れ方向に対して正対する向きとなるようにする。すると、スラリー１０は、図２（ａ）に示すように遮蔽部材１２を迂回して流れるようになり、このとき、固体粒子は水平方向への流れが減速するようになるので、小さな固体粒子の軌跡を大きな固体粒子の軌跡に近似させることができる。これにより、遮蔽部材１２の周囲に設けた出口配管１３から、固体粒子の粒度分布が投入したスラリー１０の粒度分布に近似したスラリー１０を、より効果的に抜き出すことができる。

以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１−１］
スラリーの処理装置として、図１（ａ）、（ｂ）に示すような装置を用いた。すなわち、直径２００ｍｍの円筒形の容器であって、その中央に、直径７０ｍｍの範囲を通過する撹拌羽根（上下２段で設置）と撹拌軸とを備える撹拌装置を設けたものを用いた。この処理装置には、図１に示すように、幅２０ｍｍの遮蔽部材を４箇所に均等な間隔で設置した。

この処理装置に、１Ｌにつき固体粒子として金属ニッケル粒子を５３０ｇ含有するスラリーを６．５Ｌ収容した。このときの液位（槽底を０ｍｍとする）は２１０ｍｍであった。なお、金属ニッケル粒子としては、真密度が８．９ｇ／ｃｍ^３、メディアン径が１０７μｍであるものを用いた。

撹拌羽根を毎分７５０回転で回転させることによってスラリーを撹拌させた。なお、この撹拌により、スラリー中の固体粒子が液体成分中を動いて分散していることが確認できた。また、撹拌されたスラリーの流れは遮蔽部材に衝突し、その衝突により乱流が生じていた。なお、遮蔽部材よりもスラリーの流れの上流側１０ｍｍの位置では、スラリーの液面が周囲より高く盛り上がっていた。

このような撹拌を続けた状態のまま、ストロー状のサンプリング口を有するシリンダー（出口配管）を、遮蔽部材の１０ｍｍ上流側の位置（図１のＸで印す箇所）から槽壁に沿って鉛直下向きに挿入した。シリンダーの先端（開口部）が液面より１１０ｍｍ下に達した時点で、シリンダーの挿入を停止し、スラリーを採取した。

採取したスラリーを濾過して液体成分を除き、真空乾燥機により乾燥させることによって、乾燥固体粒子を得た。下記表１に、濾過したスラリーの体積と得られた乾燥固体粒子の質量から算出したスラリー濃度を示す。

また、真空乾燥機で乾燥させて得られた乾燥固体粒子の粒度分布を、粒度分布測定装置（型式：９３２０−Ｘ１００，マイクロトラック社製）を使用して測定した。図３に、測定した粒度分布を示す。なお、図３の粒度分布図の縦軸は、すべての粒子の合計体積を１００％としたときの対応する粒径の合計体積の割合（頻度［％］）を示したものである。

［実施例１−２］
実施例１−２では、サンプル採取のためのシリンダーを、遮蔽部材におけるスラリーの流れの衝突面とは反対側の位置（図１のＹで印す箇所）から挿入し、その箇所からスラリーをサンプリングした。このこと以外は、実施例１−１と同様にして行った。

［比較例１］
比較例１として、サンプル採取のためのシリンダーを、遮蔽部材と撹拌羽根との中間位置（図１のＺで印す箇所）から挿入し、その箇所からスラリーをサンプリングした。このこと以外は、実施例１−１と同様にして行った。

表１に示すように、実施例１−１では、サンプリングしたスラリーの濃度が８２４ｇ／Ｌであり、投入したスラリーの濃度よりも高かった。このことから、スラリー中の固体粒子の沈降を抑制しながらスラリーを抜き出すことができ、投入したスラリーの全量を効果的に排出できることが分かった。

なお、抜き出されるスラリーの濃度が高すぎる場合には、出口配管に網を設置したり、撹拌装置による撹拌を一時停止して上澄みを排出するといった方法を適宜採用することによって、所望の濃度に調整することが可能である。

また、実施例１−２では、サンプリングしたスラリーの濃度が５０８ｇ／Ｌであり、投入したスラリーの濃度とほぼ同程度であった。スラリー中の固体粒子の沈降を抑制しながら、効果的にスラリーを抜き出すことができることが分かった。

一方で、比較例１では、サンプリングしたスラリーの濃度が２６６ｇ／Ｌであり、投入したスラリーの濃度よりも大幅に小さくなった。このことは、シリンダーからスラリーを抜き出す前にスラリー中の固体粒子が沈降してしまったためと考えられる。

また、図３の粒度分布の結果に示すように、実施例１−１では、サンプリングしたスラリーの粒度分布が投入スラリーの粒度分布と同等であり、この結果からも固体粒子を沈降させずに全量を抜き出すことが可能であることが分かる。この実施例１−１のスラリーは、遮蔽部材に衝突して生じた乱流によって、大きな固体粒子と小さな固体粒子とが互いに撹拌混合されて均一となり、そして遮蔽部材の周囲であってスラリーが衝突する直前近傍に設けられた出口配管から、スラリー中に均一に混合された固体粒子がそのままの状態で排出されたと考えられる。このような実施例１−１のような方法によれば、特定の粒度の固体粒子が処理装置内に蓄積する心配がない。言い換えれば、処理装置内のスラリーを、その粒度分布が時間の経過により変化することなく、排出することができるという利点が得られる。そのため、出口配管が詰まる心配もない。

一方で、実施例１−２の粒度分布は、投入スラリーよりもやや小粒径側にピークが推移したものであった。このことは、大きな固体粒子と小さな固体粒子との均一に混合されていなかったためと考えられる。排出するスラリーの粒度分布を速やかに安定させるという観点からすると、出口配管の設置位置としては、遮蔽部材に対してスラリーが衝突する手前側の近傍の位置、すなわち、遮蔽部材に対してスラリーが衝突する直前の位置が好ましいことが分かった。

また、比較例１の粒度分布は、投入スラリーよりもさらに小粒径側へピークが推移しており、装置内には大粒径の固体粒子が沈降して蓄積してしまったことが予測される。

［実施例２］
実施例２では、実施例１−１と同じ処理装置を用い、出口配管であるシリンダーの設置位置も実施例１−１と同様とした。この実施例２では、撹拌羽根に対して出口配管とは点対称な位置（図１のＩで印す箇所）にスラリーを供給する入口配管を挿入した。なお、入口配管及び出口配管は、それらの先端（開口部）が処理装置の底から１００ｍｍの高さとなるように設置した。

このような処理装置を使用して、撹拌羽根を毎分７５０回転で回転させながら、入口配管から６．５Ｌのスラリーを供給した。その後、スラリーを撹拌したままの状態で、入口配管から１００ｍＬ／ｈの流量でスラリーを供給し続け、出口配管から１００ｍＬ／ｈの流量でスラリーを排出した。なお、供給したスラリーとしては、金属コバルト粒子を水に懸濁させることでスラリー濃度５０ｇ／Ｌとしたものを用いた。なお、金属コバルト粒子は、真密度が８．９ｇ／ｃｍ^３、メディアン径が５００μｍであるものを用いた。

スラリーの排出開始から、１時間後、４時間後、２４時間後のそれぞれにおいて、撹拌羽根の回転を一時停止して、定規を液面から挿し込んで固体の沈殿状況を調べた。その結果、沈殿物はほとんど生じておらず、４時間後も２４時間後も沈殿量はほとんど増加していなかった。

［実施例３］
実施例３では、供給スラリーとして、銅合金粒子を水に懸濁させることでスラリー濃度１００ｇ／Ｌとしたものを用いたこと以外は、実施例２と同様にして実験を行った。なお、銅合金粒子は、真密度が１０．０ｇ／ｃｍ^３、メディアン径が３０μｍであるものを用いた。

スラリーの排出開始から、１時間後、４時間後、２４時間後のそれぞれにおいて、撹拌羽根の回転を一時停止して、定規を液面から挿し込んで固体の沈殿状況を調べた。その結果、沈殿物はほとんど生じておらず、４時間後も２４時間後も沈殿量はほとんど増加していなかった。

［実施例４］
実施例４では、供給スラリーとして、水砕スラグ粒子を水に懸濁させることでスラリー濃度２００ｇ／Ｌとしたものを用いたこと以外は、実施例２と同様にして実験を行った。なお、水砕スラグ粒子としては、銅製錬処理で得られる酸化物（ＦｅＯ、ＳｉＯ_２）であって、真密度が３．５ｇ／ｃｍ^３、メディアン径が２００μｍであるものを用いた。

スラリーの排出開始から、１時間後、４時間後、２４時間後のそれぞれにおいて、撹拌羽根の回転を一時停止して、定規を液面から挿し込んで固体の沈殿状況を調べた。その結果、沈殿物はほとんど生じておらず、４時間後も２４時間後も沈殿量はほとんど増加していなかった。

本発明によれば、容器内にあるスラリーを、スラリーに分散した固体粒子が容器底部へ沈殿したり、固体粒子を送り出す配管が詰まったりという問題を抑制しつつ、安価に容器外へ送り出すことができ、例えば非鉄金属製錬工場等で有効に活用することができる。また、溶解、結晶成長、化学反応といった、容器内に固体粒子を保有又は出現させる操作を容易にすることができる。

１ スラリーの処理装置
１０ スラリー
１１ 撹拌装置
１１Ａ 撹拌羽根
１１Ｂ 撹拌軸
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 遮蔽部材
１３ 出口配管

Claims (6)

1. 液体と固体粒子とを含むスラリーを収容し、該スラリーを撹拌しながら処理するスラリーの処理装置であって、
   前記スラリーを撹拌する撹拌羽根と、
   前記撹拌羽根により撹拌された前記スラリーの流れ方向の下流側に設けられ、該スラリーを衝突させて乱流を生じさせる遮蔽部材と、
   前記遮蔽部材の周囲に設けられた出口配管と
   を備えるスラリーの処理装置。
2. 前記出口配管は、前記スラリーの乱流が生じる領域に設けられている
   請求項１に記載のスラリーの処理装置。
3. 前記出口配管は、前記遮蔽部材に対して前記スラリーが衝突する直前に設けられている
   請求項２に記載のスラリーの処理装置。
4. 液体と固体粒子とを含むスラリーを収容し処理するための処理装置から該スラリーを抜き出すスラリーの排出方法であって、
   前記処理装置において、
   前記スラリーを撹拌する撹拌羽根と、
   前記撹拌羽根により撹拌された前記スラリーの流れ方向の下流側に、該スラリーを衝突させる遮蔽部材とを設け、
   前記スラリーを、前記撹拌羽根により撹拌することによって前記固体粒子を前記液体中に分散させるとともに、前記遮蔽部材に衝突させることによって乱流を生じさせ、該遮蔽部材の周囲に設けた出口配管から該スラリーを抜き出す
   スラリーの排出方法。
5. 前記乱流が生じる領域の液面の高さが、前記処理装置に収容したスラリーの平均液面高さよりも高くなるように該スラリーを撹拌する
   請求項４に記載のスラリーの排出方法。
6. 前記固体粒子が金属粒子を含む
   請求項４又は５に記載のスラリーの排出方法。

Images