JP2022053935A - Vertical multi-stage contact separation apparatus and vertical multistage contact separation method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、縦型多段接触分離装置及びそれを用いた縦型多段接触分離方法に関する。 The present invention relates to a vertical multi-stage contact separation device and a vertical multi-stage contact separation method using the same.
石炭焚き火力発電所等における発電時に発生するフライアッシュは、コンクリート用原料、建材原料、セメント用原料等にリサイクルされる。ところが、フライアッシュは、Al2O3、SiO2等の金属酸化物からなる灰分中に、燃え残った炭素成分である未燃カーボン粒子を含んでいる。このため、リサイクルされるフライアッシュの品質を高めるためには、フライアッシュ中に含まれる未燃カーボン粒子を分離・除去することが好ましい。 Fly ash generated during power generation at a coal-fired thermal power plant or the like is recycled into a raw material for concrete, a raw material for building materials, a raw material for cement, and the like. However, fly ash contains unburned carbon particles, which are unburned carbon components, in the ash composed of metal oxides such as Al 2 O 3 and SiO 2 . Therefore, in order to improve the quality of the recycled fly ash, it is preferable to separate and remove the unburned carbon particles contained in the fly ash.
フライアッシュ中の未燃カーボン粒子を分離する方法として、例えば、静電分離方法や浮選方法が知られている。静電分離方法は、乾式状態で、平行平板の電極内にフライアッシュを導入することにより、帯電させた未燃カーボン粒子を正電極側に引き寄せて分離する方法である。また、浮選方法は、フライアッシュのスラリー内で気泡剤を用いて発生させたマイクロエアーに対し、灯油等の捕集剤を介して未燃カーボン粒子を付着させることで、未燃カーボン粒子を浮上させて分離する方法である。 As a method for separating unburned carbon particles in fly ash, for example, an electrostatic separation method and a flotation method are known. The electrostatic separation method is a method in which charged unburned carbon particles are attracted to the positive electrode side and separated by introducing fly ash into the electrodes of the parallel plate in a dry state. In the flotation method, unburned carbon particles are attached to microair generated by using a foaming agent in a fly ash slurry via a collecting agent such as kerosene to obtain unburned carbon particles. It is a method of floating and separating.
例えば、特許文献1には、フライアッシュ中の未燃カーボン粒子を浮選により除去する方法が開示されている。この特許文献1の浮選方法では、まず、水を添加してスラリー化したフライアッシュを攪拌することにより、未燃カーボン粒子の表面に活性エネルギーを生じさせて、未燃カーボン粒子を親油化(疎水化)する。次いで、親油化した未燃カーボン粒子を含むスラリーに、灯油、軽油等の捕集剤及び起泡剤を添加して、捕集剤を未燃カーボン粒子に付着させるともに、発生した気泡に未燃カーボン粒子を付着させて浮選する。かかる浮選方法により、疎水性粒子である未燃カーボン粒子(比重:1.3~1.5)と、親水性粒子である金属酸化物(比重:2.4~2.6)との混合物であるフライアッシュから、未燃カーボン粒子が分離される。
For example,
一方で、液体同士を分離する多段接触分離装置として、例えば特許文献2に開示された横型の多段接触分離装置、特許文献3に開示された縦型多段接触分離装置が知られている。特許文献2に開示された技術では、セトラー部(静置室)とミキサー部(攪拌室)とが横方向に交互に配置されている。特許文献3に開示された技術では、ではセトラー部(分離室)とミキサー部(混合室)とが縦方向に交互に配置されている。さらに、分離室とその下方の混合室とが下降管によって連結されている。下降管は、下降管の上方に接続された分離室内の重液を当該下降管の下方に接続された混合室に供給する。
On the other hand, as a multi-stage contact separation device for separating liquids from each other, for example, a horizontal multi-stage contact separation device disclosed in
しかしながら、上記特許文献1に記載のようにフライアッシュに含まれる未燃カーボン粒子を気泡に付着させて浮上させる浮選方法では、未燃カーボン粒子の分離速度が遅く、分離効率が悪いという問題があった。
However, in the flotation method in which unburned carbon particles contained in fly ash are attached to bubbles and floated as described in
詳細には、上記特許文献1に記載の浮選方法では、図15に示すように、水とフライアッシュが混合・攪拌された状態で、多くの金属酸化物102の粒子が浮遊している水相105において、未燃カーボン粒子101の粒子が捕集剤104を介して微細な気泡103に付着し、気泡103とともに未燃カーボン粒子101が水相105中を浮上していく。このとき、未燃カーボン粒子101が気泡103から剥離することもあり、未燃カーボン粒子101は水相105中で浮上及び沈降を繰り返しながら徐々に浮上し、水相105の表層部に集まる。このため、未燃カーボン粒子101の分離速度が遅いので、金属酸化物102から未燃カーボン粒子101を分離して、未燃カーボン粒子101の含有率を目標値以下まで低下させるためには、例えば1時間程度の長時間がかかってしまう。
Specifically, in the flotation method described in
また、上記浮選方法では、未燃カーボン粒子101の分離効率は、未燃カーボン粒子101の粒子径や疎水性の程度(これらは使用する石炭種に依存)、未燃カーボン粒子101の存在形態等の影響をかなり受ける。例えば、未燃カーボン粒子101の粒子が大きいと、未燃カーボン粒子101の自重により、未燃カーボン粒子101が気泡103に付着し難くなるだけでなく、水相105中を浮上し難くなる。さらに、未燃カーボン粒子101が金属酸化物102に噛み込んでいる存在形態である場合、気泡103が付着できる未燃カーボン粒子101の表面部分が小さくなるので、未燃カーボン粒子101が気泡103に付着し難くなる。これら原因により、未燃カーボン粒子101の分離速度が低下するとともに、未燃カーボン粒子101の分離効率が悪くなり、混合物中の未燃カーボン粒子101の含有率を目標値まで低下できないことも多く、処理コストも高かった。
Further, in the above flotation method, the separation efficiency of the
一方、特許文献2、3に開示された技術は、液体同士を分離することを想定した装置である。これらの技術を用いてフライアッシュのスラリーから未燃カーボン粒子を除去しようとした場合、様々な問題が生じると予想される。例えば、特許文献2に開示された技術にフライアッシュのスラリーを導入した場合、未燃カーボン粒子等の粒子(特に後述するエマルジョン粒子)が静置室内で沈殿し、流動しなくなるといった問題が生じうる。特許文献3に開示された技術にフライアッシュのスラリーを導入した場合、未燃カーボン粒子等の粒子(特に後述するエマルジョン粒子)が分離室内で沈殿し、流動しなくなるといった問題が生じうる。さらに、下降管が未燃カーボン粒子等の粒子(特に後述するエマルジョン粒子)で閉塞するという問題も生じうる。
On the other hand, the techniques disclosed in
なお、上記では未燃カーボン粒子(疎水性粒子)と金属酸化物(親水性粒子)との混合物であるフライアッシュから、未燃カーボン粒子を分離する場合の問題を述べたが、その他の疎水性粒子と親水性粒子の混合物から各粒子を分離する場合であっても、同様な問題が生じうると想定される。 In the above, the problem of separating unburned carbon particles from fly ash, which is a mixture of unburned carbon particles (hydrophobic particles) and metal oxides (hydrophilic particles), has been described, but other hydrophobicities have been described. It is assumed that similar problems may occur even when each particle is separated from a mixture of particles and hydrophilic particles.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、疎水性粒子と親水性粒子が混在する混合物から疎水性粒子と親水性粒子を分離するときの疎水性粒子の分離速度及び分離効率を向上することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to separate hydrophobic particles and hydrophilic particles from a mixture of hydrophobic particles and hydrophilic particles. The purpose is to improve the separation speed and separation efficiency of the particles.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、疎水性粒子と親水性粒子とが混在する分離対象混合物から疎水性粒子と親水性粒子とを分離する縦型多段接触分離装置であって、疎水性粒子、親水性粒子、軽液、及び軽液よりも比重が大きい重液を含み、重液及び軽液のうち、一方は水、他方は疎水性液体である内容物を収容する縦型外壁管と、縦型外壁管内に上下方向に配置された複数のセトラー部と、複数のセトラー部の間に配置され、内容物を攪拌する少なくとも1つ以上のミキサー部と、セトラー部とミキサー部とを仕切り、かつ内容物をミキサー部とセトラー部との間で流通させるための貫通孔を有する仕切り板と、最下部のセトラー部である最下部セトラー部の上方かつ直近のミキサー部内に軽液を導入する軽液導入口と、最上部のセトラー部である最上部セトラー部の下方かつ直近のミキサー部内に重液を導入する重液導入口と、分離対象混合物、分離対象混合物が水中に分散したスラリー、または事前粉砕された分離対象混合物が水中に分散したスラリーをいずれかのミキサー部内に導入するスラリー導入口と、縦型外壁管内に形成された水相、エマルジョン相、及び疎水性液体相のうち、少なくとも水相及びエマルジョン相をそれぞれ排出する排出口と、を備えることを特徴とする、縦型多段接触分離装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, it is a vertical multi-stage contact separation device that separates hydrophobic particles and hydrophilic particles from a mixture to be separated in which hydrophobic particles and hydrophilic particles are mixed. It contains hydrophobic particles, hydrophilic particles, a light liquid, and a heavy liquid having a higher specific gravity than the light liquid, and contains contents of the heavy liquid and the light liquid, one of which is water and the other of which is a hydrophobic liquid. A vertical outer wall tube, a plurality of settler sections arranged in the vertical direction in the vertical outer wall tube, and at least one mixer section and a settler section arranged between the plurality of settler sections to stir the contents. In the mixer section above and near the bottom settler section, which is the bottom settler section, and a partition plate that partitions the mixer section and has a through hole for distributing the contents between the mixer section and the settler section. The light liquid introduction port that introduces the light liquid into the mixer, the heavy liquid introduction port that introduces the heavy liquid into the mixer section below and near the top settler section, which is the top settler section, and the mixture to be separated and the mixture to be separated. A slurry introduction port for introducing a slurry dispersed in water or a slurry in which a pre-crushed mixture to be separated is dispersed in water into one of the mixer units, and an aqueous phase, an emulsion phase, and a hydrophobic phase formed in a vertical outer wall tube. Provided is a vertical multi-stage contact separation device comprising an discharge port for discharging at least an aqueous phase and an emulsion phase among the sexual liquid phases.
ここで、スラリー導入口が設けられるミキサー部と、最上部セトラー部との間、及び、スラリー導入口が設けられるミキサー部と、最下部セトラー部との間のうち、少なくとも一方の領域に、1対以上のミキサー部及びセトラー部がさらに配置され、ミキサー部とセトラー部とが交互に配置されていてもよい。 Here, in at least one region between the mixer section provided with the slurry introduction port and the uppermost settler section, and between the mixer section provided with the slurry introduction port and the lowermost settler section, 1 A pair or more of the mixer section and the settler section may be further arranged, and the mixer section and the settler section may be arranged alternately.
また、仕切り板に形成された貫通孔の孔径が8~50mmであり、開口率が10~50面積%であってもよい。 Further, the hole diameter of the through hole formed in the partition plate may be 8 to 50 mm, and the aperture ratio may be 10 to 50 area%.
また、縦型多段接触分離装置は、水相とエマルジョン相との界面及びエマルジョン相と疎水性液体相との界面のうち、少なくとも一方を観察可能な観察窓をさらに有していてもよい。 Further, the vertical multi-stage contact separation device may further have an observation window capable of observing at least one of the interface between the aqueous phase and the emulsion phase and the interface between the emulsion phase and the hydrophobic liquid phase.
また、縦型多段接触分離装置は、エマルジョン相と疎水性液体相との界面を観察可能な観察窓を有し、当該観察窓は、表面に親水性官能基を有しない透明板であるか、または親水性官能基を有しない透明塗料で覆われている透明板であってもよい。 Further, the vertical multi-stage contact separation device has an observation window capable of observing the interface between the emulsion phase and the hydrophobic liquid phase, and the observation window is a transparent plate having no hydrophilic functional group on the surface. Alternatively, it may be a transparent plate covered with a transparent paint having no hydrophilic functional group.
また、縦型多段接触分離装置は、縦型多段接触分離装置の内部において、いずれかの観察窓の上部に、または、下部に内容物の流通を妨げる傘を有していてもよい。 Further, the vertical multi-stage contact separation device may have an umbrella that obstructs the distribution of the contents in the upper part or the lower part of any observation window inside the vertical multi-stage contact separation device.
また、軽液が水、重液が疎水性液体、疎水性粒子と親水性粒子とが混在する分離対象混合物がフライアッシュであってもよい。 Further, the light liquid may be water, the heavy liquid may be a hydrophobic liquid, and the mixture to be separated in which hydrophobic particles and hydrophilic particles are mixed may be fly ash.
また、軽液が疎水性液体、重液が水、疎水性粒子と親水性粒子とが混在する分離対象混合物がフライアッシュであってもよい。 Further, the light liquid may be a hydrophobic liquid, the heavy liquid may be water, and the mixture to be separated in which hydrophobic particles and hydrophilic particles are mixed may be fly ash.
本発明の他の観点によれば、上記の縦型多段接触分離装置を用いた縦型多段接触分離方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a vertical multi-stage contact separation method using the above-mentioned vertical multi-stage contact separation device.
ここで、縦型多段接触分離方法では、水相とエマルジョン相との界面及びエマルジョン相と疎水性液体相との界面のうち、少なくとも一方を一定レベルに保持してもよい。 Here, in the vertical multi-stage contact separation method, at least one of the interface between the aqueous phase and the emulsion phase and the interface between the emulsion phase and the hydrophobic liquid phase may be maintained at a constant level.
また、軽液が水、重液が疎水性液体、疎水性粒子と親水性粒子とが混在する分離対象混合物がフライアッシュであり、スラリー導入口が設けられるミキサー部よりも下方において、水相とエマルジョン相との界面を一定レベルに保持してもよい。 Further, the light liquid is water, the heavy liquid is a hydrophobic liquid, and the mixture to be separated in which hydrophobic particles and hydrophilic particles are mixed is fly ash. The interface with the emulsion phase may be maintained at a constant level.
また、軽液が疎水性液体、重液が水、疎水性粒子と親水性粒子とが混在する分離対象混合物がフライアッシュであり、スラリー導入口が設けられるミキサー部よりも上方において、水相とエマルジョン相との界面を一定レベルに保持してもよい。 Further, the light liquid is a hydrophobic liquid, the heavy liquid is water, and the mixture to be separated in which hydrophobic particles and hydrophilic particles are mixed is fly ash. The interface with the emulsion phase may be maintained at a constant level.
また、分離対象混合物をビーズミルで事前粉砕した後に縦型多段接触分離装置に導入してもよい。 Further, the mixture to be separated may be pre-pulverized with a bead mill and then introduced into a vertical multi-stage contact separation device.
本発明の上記観点によれば、疎水性粒子と親水性粒子が混在する混合物から疎水性粒子と親水性粒子を分離するときの疎水性粒子の分離速度及び分離効率を向上することができる。 According to the above viewpoint of the present invention, it is possible to improve the separation rate and separation efficiency of the hydrophobic particles when the hydrophobic particles and the hydrophilic particles are separated from the mixture in which the hydrophobic particles and the hydrophilic particles are mixed.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本実施形態において、「~」を用いて表される数値限定範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。「超」または「未満」と示す数値は、その値が数値範囲に含まれない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted. Further, in the present embodiment, the numerical limitation range represented by using "-" means a range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value. Numerical values that indicate "greater than" or "less than" do not fall within the numerical range.
<1.分離対象混合物>
まず、本発明の実施形態に係る縦型多段接触分離装置及びそれを用いた縦型多段接触分離方法による処理対象である分離対象混合物、親水性粒子、疎水性粒子等について説明する。
<1. Mixture to be separated>
First, a vertical multi-stage contact separation device according to an embodiment of the present invention and a mixture to be separated, hydrophilic particles, hydrophobic particles and the like to be treated by the vertical multi-stage contact separation method using the same will be described.
分離対象混合物は、疎水性粒子と親水性粒子とが混在する混合物である。このような分離対象混合物としては、例えばフライアッシュ、高炉ガス灰、及び石炭等が挙げられる。フライアッシュは石炭焚き火力発電所から排出される物質であり、疎水性粒子として未燃カーボン粒子(カーボン粒子の一種)を含み、親水性粒子としてSiO2、Al2O3を主成分とする金属酸化物粒子を含む。フライアッシュは、例えば親水性粒子である金属酸化物粒子を約50~95質量%含み、疎水性粒子である未燃カーボン粒子を約5~50質量%含むものが多い。 The mixture to be separated is a mixture of hydrophobic particles and hydrophilic particles. Examples of such a mixture to be separated include fly ash, blast furnace gas ash, coal and the like. Fly ash is a substance discharged from a coal-fired thermal power plant, contains unburned carbon particles (a type of carbon particles) as hydrophobic particles, and is a metal containing SiO 2 and Al 2 O 3 as main components as hydrophilic particles. Contains oxide particles. Most fly ash contains, for example, about 50 to 95% by mass of metal oxide particles which are hydrophilic particles and about 5 to 50% by mass of unburned carbon particles which are hydrophobic particles.
高炉ガス灰は高炉へ装入した原料の粉塵、高炉内の冶金反応により生じた粉塵等を捕集したもの、言い換えると高炉集塵灰であり、疎水性粒子としてコークス由来の未燃カーボン粒子を含み、親水性粒子としてFe2O3を主成分とする金属酸化物粒子を含む。高炉ガス灰は、例えば未燃カーボン粒子を15~30質量%、金属酸化物粒子を70~85質量%含む。 Blast furnace gas ash is a collection of dust from raw materials charged into the blast furnace, dust generated by the metallurgical reaction in the blast furnace, in other words, blast furnace dust collection ash, and unburned carbon particles derived from coke as hydrophobic particles. It contains metal oxide particles containing Fe 2 O 3 as a main component as hydrophilic particles. The blast furnace gas ash contains, for example, 15 to 30% by mass of unburned carbon particles and 70 to 85% by mass of metal oxide particles.
ところで、本実施形態の処理対象物である分離対象混合物においては、疎水性粒子と親水性粒子とが互いに独立して存在する場合もあるし、両者が一体となっている場合もある。両者が一体となっている場合の例としては、親水性粒子が疎水性粒子の表層部または内部に混入している場合が挙げられる。具体的には、疎水性粒子は多孔質となっていることが多い。そして、疎水性粒子が多孔質となる場合、その表層部の気孔に親水性粒子が混入していることが多い。そして、疎水性粒子の表層部に混入した親水性粒子は、疎水性粒子に親水性を付与することになる。つまり、疎水性粒子の表層部の一部は親水化していることが多い。さらに、疎水性粒子の内部の気孔にも金属酸化物粒子が混入している場合がある。 By the way, in the mixture to be separated, which is the object to be treated in the present embodiment, the hydrophobic particles and the hydrophilic particles may exist independently of each other, or both may be integrated. An example of the case where both are integrated is a case where hydrophilic particles are mixed in the surface layer portion or the inside of the hydrophobic particles. Specifically, the hydrophobic particles are often porous. When the hydrophobic particles become porous, the hydrophilic particles are often mixed in the pores of the surface layer portion. Then, the hydrophilic particles mixed in the surface layer portion of the hydrophobic particles impart hydrophilicity to the hydrophobic particles. That is, a part of the surface layer portion of the hydrophobic particles is often hydrophilic. Further, the metal oxide particles may be mixed in the pores inside the hydrophobic particles.
図1A及び図1B(以下、図1と総称する。)は、フライアッシュを模式的に示す。図1に示すように、未燃カーボン粒子P2は、多孔質粒子であり、未燃カーボン粒子P2の表層には多数の細孔P20が形成されている。さらに、金属酸化物粒子P1は、略球状の中実粒子であり、未燃カーボン粒子P2の表面に付着している場合もあれば、未燃カーボン粒子P2の表層部に形成された複数の細孔P20の内部に入り込んで存在している場合もある。また、図1では示されていないが、金属酸化物粒子P1が未燃カーボン粒子P2の内部の気孔に混入している場合もある。 1A and 1B (hereinafter collectively referred to as FIG. 1) schematically show fly ash. As shown in FIG. 1, the unburned carbon particles P2 are porous particles, and a large number of pores P20 are formed on the surface layer of the unburned carbon particles P2. Further, the metal oxide particles P1 are substantially spherical solid particles, and may be attached to the surface of the unburned carbon particles P2, or a plurality of fine particles formed on the surface layer of the unburned carbon particles P2. It may be present inside the hole P20. Further, although not shown in FIG. 1, the metal oxide particles P1 may be mixed in the pores inside the unburned carbon particles P2.
疎水性粒子の表層部または内部に親水性粒子が混入している場合(特に、疎水性粒子の内部に親水性粒子が混入している場合)、単に分離対象混合物を水及び疎水性液体と攪拌しただけでは、両者を十分に分離することが困難な場合がある。 If hydrophilic particles are mixed in the surface layer or inside of the hydrophobic particles (especially if hydrophilic particles are mixed in the inside of the hydrophobic particles), simply stir the mixture to be separated with water and a hydrophobic liquid. It may be difficult to sufficiently separate the two by just doing so.
このため、疎水性粒子と親水性粒子との分離効率を高めるためには、分離対象混合物を事前粉砕することが好ましい。このような事前粉砕により、疎水性粒子の表層部または内部の親水性粒子を疎水性粒子から除去することができる。ただし、このような事前粉砕によっても、疎水性粒子の表層部に親水性粒子が残留する場合がある。そして、疎水性粒子の表層部の一部は残留した親水性粒子によって親水性となっている。また、このような事前粉砕はビーズミルを用いた湿式粉砕により行われる場合があり、この場合、疎水性粒子の表層部に水が残留することがある。疎水性粒子の表層部に残留した水も疎水性粒子の表層部に親水性を付与する。 Therefore, in order to increase the separation efficiency of the hydrophobic particles and the hydrophilic particles, it is preferable to pre-pulverize the mixture to be separated. By such pre-grinding, the hydrophilic particles in the surface layer portion or the inside of the hydrophobic particles can be removed from the hydrophobic particles. However, even with such pre-grinding, hydrophilic particles may remain on the surface layer of the hydrophobic particles. Then, a part of the surface layer portion of the hydrophobic particles is made hydrophilic by the remaining hydrophilic particles. Further, such pre-grinding may be performed by wet pulverization using a bead mill, and in this case, water may remain on the surface layer portion of the hydrophobic particles. Water remaining on the surface layer of the hydrophobic particles also imparts hydrophilicity to the surface layer of the hydrophobic particles.
図2A及び図2B(以下、図2と総称する。)は、ビーズミルで湿式粉砕された未燃カーボン粒子を模式的に示す。図2に示すように、フライアッシュ中の未燃カーボン粒子P2が粉砕され、破断面P21で複数片に分割され、微細化される。これにより、破断面P21付近の細孔P20中に入り込んでいた略球状の金属酸化物粒子P1が、当該細孔P20から放出される。従って、未燃カーボン粒子P2の表面に付着していた金属酸化物粒子P1のみならず、細孔P20中に入り込んでいた金属酸化物粒子P1も、未燃カーボン粒子P2から分離及び除去されるので、未燃カーボン粒子P2と金属酸化物粒子P1をさらに好適に分離できる。ただし、このような処理によっても、図2Bに示すように、未燃カーボン粒子P2の表層部に金属酸化物粒子P1が残留する場合がある。 2A and 2B (hereinafter collectively referred to as FIG. 2) schematically show unburned carbon particles wet-milled with a bead mill. As shown in FIG. 2, the unburned carbon particles P2 in the fly ash are crushed, divided into a plurality of pieces at the fracture surface P21, and refined. As a result, the substantially spherical metal oxide particles P1 that have entered the pores P20 near the fracture surface P21 are released from the pores P20. Therefore, not only the metal oxide particles P1 adhering to the surface of the unburned carbon particles P2 but also the metal oxide particles P1 that have entered the pores P20 are separated and removed from the unburned carbon particles P2. , The unburned carbon particles P2 and the metal oxide particles P1 can be more preferably separated. However, even with such a treatment, as shown in FIG. 2B, the metal oxide particles P1 may remain on the surface layer portion of the unburned carbon particles P2.
本実施形態では、上記のような親水性粒子と疎水性粒子とが混在した分離対象混合物から、親水性粒子(例えば金属酸化物粒子)と疎水性粒子(例えば未燃カーボン粒子)をそれぞれ分離して回収する。これにより、金属酸化物粒子(例えば精製フライアッシュ)は、例えば、コンクリート用原料(骨材、混和剤等)や建材の原料等に再利用され、未燃カーボン粒子(例えば未燃カーボン濃縮物)は、例えば、発電用、製鉄用、セメントクリンカー用の炭素材料等として再利用される。この際、回収される金属酸化物粒子中におけるカーボン含有率を例えば5質量%以下にまで低下させることができれば、金属酸化物粒子の品質が向上し、リサイクル用途が向上する。特に、回収される金属酸化物粒子中におけるカーボン含有率を3質量%以下にまで低下させることができれば、JIS A6201-2008に記載のコンクリート用フライアッシュI種の品質規定中の強熱減量(カーボン含有率とほぼ同値)の範囲内になり、他の粉末度などの品質規定を調整することにより、コンクリート用フライアッシュとして、金属酸化物粒子を有償でリサイクル可能となり、さらにそのリサイクル用途も拡張する。 In the present embodiment, hydrophilic particles (for example, metal oxide particles) and hydrophobic particles (for example, unburned carbon particles) are separated from the mixture to be separated in which hydrophilic particles and hydrophobic particles are mixed as described above. And collect. As a result, the metal oxide particles (for example, refined fly ash) are reused as raw materials for concrete (aggregate, admixture, etc.), building materials, etc., and unburned carbon particles (for example, unburned carbon concentrate). Is reused, for example, as a carbon material for power generation, iron making, cement clinker, and the like. At this time, if the carbon content in the recovered metal oxide particles can be reduced to, for example, 5% by mass or less, the quality of the metal oxide particles is improved and the recycling use is improved. In particular, if the carbon content in the recovered metal oxide particles can be reduced to 3% by mass or less, the ignition loss (carbon) in the quality regulation of fly ash I for concrete described in JIS A6201-2008. By adjusting the quality regulations such as other powderiness, the metal oxide particles can be recycled for a fee as fly ash for concrete, and the recycling use will be expanded. ..
<2.疎水性液体>
次に、本実施形態に係る分離方法で使用する疎水性液体について説明する。疎水性液体は、疎水性を有する液体、即ち、水に対する親和性が低い(水に溶解し難い、若しくは水と混ざり難い)性質を有する液体である。疎水性液体は、例えば、20℃の水に対する溶解度が0g/L以上、5.0g/L以下の液体である。なお、本明細書における疎水性とは、親油性を含む性質である。疎水性液体は、例えば、疎水性を有する有機溶剤(以下、「疎水性液体」という。)、又は各種の油等であってよい。疎水性液体は、水に対する親和性が低いので、疎水性液体と水を混合及び攪拌した混合液を静置すると、水を主体とする水相と、疎水性液体を主体とする疎水性液体相の2相に分離される。なお、詳細は後述するが、処理対象である分離対象混合物、水、及び疎水性液体の混合液(スラリー)を静置すると、上記水相及び疎水性液体相の間にエマルジョン相が形成される。このエマルジョン相内には疎水性粒子が大量に含まれる。
<2. Hydrophobic liquid>
Next, the hydrophobic liquid used in the separation method according to the present embodiment will be described. The hydrophobic liquid is a liquid having hydrophobicity, that is, a liquid having a property of having a low affinity for water (difficult to dissolve in water or being difficult to mix with water). The hydrophobic liquid is, for example, a liquid having a solubility in water at 20 ° C. of 0 g / L or more and 5.0 g / L or less. The hydrophobicity in the present specification is a property including lipophilicity. The hydrophobic liquid may be, for example, an organic solvent having hydrophobicity (hereinafter referred to as “hydrophobic liquid”), various oils, or the like. Since the hydrophobic liquid has a low affinity for water, when the mixed liquid in which the hydrophobic liquid and water are mixed and stirred is allowed to stand, the aqueous phase mainly composed of water and the hydrophobic liquid phase mainly composed of the hydrophobic liquid are allowed to stand. It is separated into two phases. Although details will be described later, when a mixture (slurry) of a mixture to be separated, water, and a hydrophobic liquid to be treated is allowed to stand, an emulsion phase is formed between the aqueous phase and the hydrophobic liquid phase. .. A large amount of hydrophobic particles are contained in this emulsion phase.
さらに、本実施形態では、疎水性液体として、水と比重が異なる、即ち比重が1より大きいか、または1より小さい液体を使用する。水と比重が異なる疎水性液体を用いることで、疎水性液体と水の混合液を攪拌した後に静置すると、両液の比重差によって、水相と疎水性液体相とに分離される。本実施形態では、水及び疎水性液体のうち、比重がより小さい(軽い)方を「軽液」とも称し、比重がより大きい(重い)方を「重液」とも称する。 Further, in the present embodiment, as the hydrophobic liquid, a liquid having a specific density different from that of water, that is, a liquid having a specific gravity greater than or less than 1, is used. By using a hydrophobic liquid having a specific gravity different from that of water, when the mixed solution of the hydrophobic liquid and water is stirred and then allowed to stand, it is separated into an aqueous phase and a hydrophobic liquid phase due to the difference in specific gravity between the two liquids. In the present embodiment, of the water and the hydrophobic liquid, the one having a smaller (lighter) specific gravity is also referred to as a "light liquid", and the one having a larger (heavy) specific gravity is also referred to as a "heavy liquid".
疎水性液体の比重は、0.95以下または1.05以上であることが好ましい。これにより、分離対象混合物、水(比重1)、及び疎水性液体を混合して静置した後、例えば1~30秒程度の短時間で迅速に、混合液がエマルジョン相、水相及び疎水性液体相の3相に分離される。したがって、疎水性粒子及び親水性粒子の分離速度が向上する。また、回収工程では、固液分離装置で疎水性粒子を回収した後、当該疎水性粒子に付着した疎水性液体を蒸発させる。このため、疎水性液体の沸点は200℃未満が好ましく、水の沸点より低いこと、具体的には90℃未満であることがより好ましい。上記回収工程の詳細は後述する。 The specific gravity of the hydrophobic liquid is preferably 0.95 or less or 1.05 or more. As a result, after the mixture to be separated, water (specific gravity 1), and the hydrophobic liquid are mixed and allowed to stand, the mixed liquid quickly becomes an emulsion phase, an aqueous phase, and a hydrophobic liquid in a short time of, for example, about 1 to 30 seconds. It is separated into three phases, a liquid phase. Therefore, the separation rate of hydrophobic particles and hydrophilic particles is improved. Further, in the recovery step, after the hydrophobic particles are recovered by the solid-liquid separation device, the hydrophobic liquid adhering to the hydrophobic particles is evaporated. Therefore, the boiling point of the hydrophobic liquid is preferably less than 200 ° C, more preferably lower than the boiling point of water, specifically less than 90 ° C. The details of the recovery process will be described later.
疎水性液体は典型的には溶剤、オイルなどである。比重が0.95以下の疎水性液体としては、例えばn-ペンタン、n-ヘキサン、ケロシン、ガソリン、灯油などが挙げられ、比重が1.05以上の疎水性液体としては、例えば、臭素系溶剤、フッ素系溶剤、塩素系溶剤等が挙げられる。より詳細には、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、1-ブロモプロパン、ハイドロフルオロエーテル等である。なお、疎水性液体の引火のしにくさ、安定性、分離容易性等を考慮すると、比重が水よりも大きい疎水性液体を用いることが好ましい。 Hydrophobic liquids are typically solvents, oils and the like. Examples of the hydrophobic liquid having a specific gravity of 0.95 or less include n-pentane, n-hexane, kerosene, gasoline, kerosene and the like, and examples of the hydrophobic liquid having a specific gravity of 1.05 or more include a bromine-based solvent. , Fluorine-based solvent, chlorine-based solvent and the like. More specifically, it is trichlorethylene, tetrachlorethylene, 1-bromopropane, hydrofluoroether and the like. Considering the difficulty of ignition, stability, ease of separation, etc. of the hydrophobic liquid, it is preferable to use a hydrophobic liquid having a specific gravity larger than that of water.
次に、親水性粒子と疎水性粒子について説明する。親水性粒子は、水に対する親和性を有する粒子であり、上記疎水性液体よりも水に混ざり易い性質を有する。一方、疎水性粒子は、上記疎水性液体に対する親和性を有する粒子であり、水よりも疎水性液体に混ざり易い性質を有する。 Next, hydrophilic particles and hydrophobic particles will be described. The hydrophilic particles are particles having an affinity for water and have a property of being more easily mixed with water than the above-mentioned hydrophobic liquid. On the other hand, the hydrophobic particles are particles having an affinity for the hydrophobic liquid, and have a property of being more easily mixed with the hydrophobic liquid than water.
親水性粒子は、例えば、上述したように、Al2O3、SiO2、Fe2O3等の金属酸化物の粒子であるが、親水性を有する粒子であれば、その他の材質の粒子であってもよい。一方、疎水性粒子は、例えば、未燃カーボン等の石炭粉若しくはコークス粉などであるが、疎水性を有する粒子で、表面の一部が親水性を有する粒子であれば、その他の材質の粒子であってもよい。疎水性粒子の表面の一部が親水性である場合、例えば、水と比重が異なる疎水性液体を等容量入れた容器に疎水性粒子を導入し、攪拌した後に静置すると、水と比重が異なる疎水性液体との中間部分にエマルジョン相ができ、そのエマルジョン相に疎水性粒子が濃縮される。ここで、上記試験に使用可能な容器(すなわち、エマルジョン相を観察可能な容器)としては、例えば、容器の内側の鉛直方向の一部にポリエチレンなどのプラスチック製テープを貼ったガラス製の密閉容器が挙げられる。このような容器を使用することで、接液部がガラスである部分からは水相とエマルジョン相との界面が認識でき、接液部がプラスチック製テープである部分からはエマルジョン相と疎水性液体相との界面が認識できる。理由は後述する。このようにすることで、疎水性粒子の表面の一部が親水性であるかどうかの判断ができる。 As described above, the hydrophilic particles are, for example, particles of metal oxides such as Al 2 O 3 , SiO 2 , and Fe 2 O 3 , but if the particles have hydrophilicity, they may be particles of other materials. There may be. On the other hand, the hydrophobic particles are, for example, coal powder such as unburned carbon or coke powder, but if the particles have hydrophobicity and a part of the surface thereof has hydrophilicity, the particles are made of other materials. May be. When a part of the surface of the hydrophobic particles is hydrophilic, for example, when the hydrophobic particles are introduced into a container containing an equal volume of a hydrophobic liquid having a specific gravity different from that of water, and the mixture is stirred and then allowed to stand, the specific gravity becomes higher than that of water. An emulsion phase is formed in the middle part with a different hydrophobic liquid, and hydrophobic particles are concentrated in the emulsion phase. Here, as a container that can be used for the above test (that is, a container in which the emulsion phase can be observed), for example, a closed glass container in which a plastic tape such as polyethylene is attached to a part of the inside of the container in the vertical direction. Can be mentioned. By using such a container, the interface between the aqueous phase and the emulsion phase can be recognized from the part where the wetted part is glass, and the emulsion phase and the hydrophobic liquid can be recognized from the part where the wetted part is a plastic tape. The interface with the phase can be recognized. The reason will be described later. By doing so, it is possible to determine whether or not a part of the surface of the hydrophobic particles is hydrophilic.
処理対象物である分離対象混合物中に含まれる親水性粒子の含有率、疎水性粒子の含有率は、特に限定されないが、例えば、分離対象混合物中の親水性粒子の含有率は5~97質量%であってよく、疎水性粒子の含有率は3~95質量%程度であってよい。ただし、親水性粒子と疎水性粒子の含有率は合計で100質量%以下である。疎水性粒子が未燃カーボン粒子である場合、例えば、分離対象混合物がフライアッシュ又は高炉ガス灰である場合、強熱減量率を測定し、その値を疎水性粒子の含有率とすることができる。強熱減量率とは、105℃で乾燥したサンプルを975℃にセットした大気雰囲気化の炉内で15分以上保持した際の質量減少率である。 The content of hydrophilic particles and the content of hydrophobic particles contained in the mixture to be separated, which is the object to be treated, are not particularly limited, but for example, the content of hydrophilic particles in the mixture to be separated is 5 to 97 mass. The content of the hydrophobic particles may be about 3 to 95% by mass. However, the total content of the hydrophilic particles and the hydrophobic particles is 100% by mass or less. When the hydrophobic particles are unburned carbon particles, for example, when the mixture to be separated is fly ash or blast furnace gas ash, the ignition loss rate can be measured and the value can be used as the content of the hydrophobic particles. .. The ignition loss rate is the mass loss rate when a sample dried at 105 ° C. is held in an atmospheric atmosphere oven set at 975 ° C. for 15 minutes or more.
<3.分離方法の概要>
本実施形態では、後述する縦型多段接触分離システム10Aを用いて分離対象混合物から親水性粒子と疎水性粒子を分離する。そこで、まず、図3、図13、図5、及び図6に基づいて、縦型多段接触分離システム10Aを用いた分離方法(縦型多段接触分離方法)の概要について説明する。なお、図3は、軽液100が水で、重液200が疎水性液体の時に好適に使用される縦型多段接触分離装置10の構成例を示す説明図であり、図13は軽液100が疎水性液体で、重液200が水の時に好適に使用される縦型多段接触分離装置10’の構成例を示す説明図である。もちろん、軽液100が疎水性液体で、重液200が水の時であっても縦型多段接触分離装置10を使用してもよいし、軽液100が水で、重液200が疎水性液体の時に縦型多段接触分離装置10’を使用してもよい。ただし、これらの場合、少なくとも、図3、図13に記載された第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80の上下関係を入れ替える必要がある。その理由については後述する。
<3. Overview of separation method>
In this embodiment, hydrophilic particles and hydrophobic particles are separated from the mixture to be separated by using the vertical multi-stage
本実施形態に係る縦型多段接触分離方法は、親水性粒子(例えば金属酸化物粒子)と疎水性粒子(例えば未燃カーボン粒子)が混在する分離対象混合物(例えばフライアッシュ)310から、親水性粒子と親水性粒子をそれぞれ分離する湿式分離方法である。 The vertical multi-stage contact separation method according to the present embodiment is hydrophilic from the separation target mixture (for example, fly ash) 310 in which hydrophilic particles (for example, metal oxide particles) and hydrophobic particles (for example, unburned carbon particles) are mixed. This is a wet separation method for separating particles and hydrophilic particles.
この縦型多段接触分離方法では、親水性粒子の捕捉剤として水を使用するとともに、疎水性粒子の捕捉剤として、水と比重が異なる疎水性液体を使用する。さらに、分離対象混合物(固形分)を水、または/および、疎水性液体と混合して攪拌した後に湿式粉砕することで、分離対象混合物の事前粉砕物が分散した第1スラリー300を製造する(事前粉砕工程)。事前粉砕物は、親水性粒子と疎水性粒子とを含むが、疎水性粒子の特に表層部には親水性粒子が残留していることがある。このため、疎水性粒子の表層部の一部は親水性となっていることが多い。次いで、縦型多段接触分離システム10Aの高さ方向の中程に設置されたスラリー導入口10dから第1スラリー300を縦型多段接触分離装置10内に導入する(スラリー導入工程)。
In this vertical multi-stage contact separation method, water is used as a scavenger for hydrophilic particles, and a hydrophobic liquid having a specific gravity different from that of water is used as a scavenger for hydrophobic particles. Further, the mixture to be separated (solid content) is mixed with water and / and a hydrophobic liquid, stirred, and then wet-ground to produce a
一方、縦型多段接触分離装置10の上部(重液導入口10c)から重液(水または水よりも比重が大きい(重い)疎水性液体)200を縦型多段接触分離装置10内に導入し(重液導入工程)、縦型多段接触分離装置10の下部(軽液導入口10e)から軽液(水または水よりも比重が小さい(軽い)疎水性液体)100を縦型多段接触分離装置10内に導入する(軽液導入工程)。
On the other hand, a heavy liquid (water or a hydrophobic liquid having a larger specific gravity than water (heavy) than water) 200 is introduced into the vertical multi-stage
ここで、軽液100、重液200、及び分離対象混合物310の好ましい組み合わせの例としては、軽液100が水、重液200が比重1.05以上の疎水性液体、分離対象混合物310がフライアッシュとなる組み合わせである。他の組み合わせとしては、軽液100が比重0.95以下の疎水性液体、重液200が水、分離対象混合物310がフライアッシュとなる組み合わせである。もちろん、軽液100、重液200、及び分離対象混合物310の組み合わせはこれらに限られない。例えば、分離対象混合物310として高炉ガス灰等を用いてもよい。
Here, as an example of a preferable combination of the
縦型多段接触分離装置10内には、複数のセトラー部30及びミキサー部40が高さ方向に交互に設けられている。そして、ミキサー部40によってミキサー部40内の内容物40c(図5参照)が攪拌され、セトラー部30内で内容物30cが静置される(図6参照)。各セトラー部30及びミキサー部40が上述した処理を行うことで、縦型多段接触分離装置10の内容物が上から軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に比重分離される(比重分離工程)。
A plurality of
軽液相500及び重液相700のうち、いずれかが水相であり、他方が疎水性液体相である。つまり、疎水性液体の比重が水より大きい場合、軽液相500が水相であり、重液相700が疎水性液体相となる。一方、疎水性液体相の比重が水より小さい場合、軽液相500が疎水性液体相であり、重液相700が水相である。
Of the light
ここで重要なのは、第1スラリー300が単に軽液相500及び重液相700の2相に分離するだけでなく、これらの相の間にエマルジョン相600が形成されることである。親水性粒子は主に水相内に存在し、疎水性粒子は主にエマルジョン相600内に存在する。
What is important here is that the
ついで、上記比重分離工程で分離された軽液相500を回収し(第1回収工程)、上記比重分離工程で分離されたエマルジョン相600を回収し(第2回収工程)、さらに上記比重分離工程で分離された重液相700も回収する(第3回収工程)。これによって、親水性粒子と疎水性粒子を迅速かつ効率的に分離でき、親水性粒子の含有率が高い水相及び疎水性粒子の含有率が高いエマルジョン相をそれぞれ回収して再利用することができる。以下に、かかる縦型多段接触分離システム10A及びそれを用いた縦型多段接触分離方法について詳述する。
Then, the light
<4.縦型多段接触分離システムの全体構成>
つぎに、図3に基づいて、本実施形態に係る縦型多段接触分離システム10Aの全体構成について説明する。縦型多段接触分離システム10Aは、事前攪拌用ミキサー1000と、ビーズミル2000と、縦型多段接触分離装置10とを備える。事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000により分離対象混合物が分散した第1スラリー300が製造され(事前粉砕工程)、縦型多段接触分離装置10で第1スラリー300が軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に分離される。ついで、各相が各排出口から排出される。図3は、軽液100が水で、重液200が疎水性液体の時に好適に使用される縦型多段接触分離装置10の構成例を示す説明図であり、図13は軽液100が疎水性液体で、重液200が水の時に好適に使用される縦型多段接触分離装置10の構成例を示す説明図である。
<4. Overall configuration of vertical multi-stage contact separation system>
Next, the overall configuration of the vertical multi-stage
<5.事前攪拌用ミキサー及びビーズミルの構成>
つぎに、事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000の構成について説明する。事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000は、縦型多段接触分離装置10導入される第1スラリー300を製造するための装置群である。
<5. Configuration of mixer for pre-stirring and bead mill>
Next, the configurations of the
事前攪拌用ミキサー1000は、容器1010と、事前攪拌用攪拌翼1020と、事前攪拌用モータ1050とを有する攪拌機である。この事前攪拌用ミキサー1000は、後段のビーズミル2000に接続されている。事前攪拌用ミキサー1000の容器1010の内部には、分離対象混合物310及び水が導入される。事前攪拌用ミキサー1000は、事前攪拌用モータ1050により事前攪拌用攪拌翼1020を回転させることにより、分離対象混合物310及び水の混合液1030を激しく攪拌する。これにより、第0スラリーを製造する。第0スラリーは、図示しない配管を通ってビーズミル2000に送出される。なお、配管には図示しないポンプが接続されており、当該ポンプによって配管中の第0スラリーがビーズミル2000に送出される。
The
なお、第0スラリーを製造する装置は上記の例に限られず、分離対象混合物310及び水を激しく攪拌できる装置であればどのような装置であってもよい。他の装置の例としては、ラインミキサー、又は内部で混合液を撹可能なポンプなどが挙げられる。
The device for producing the 0th slurry is not limited to the above example, and any device may be used as long as it can vigorously stir the
つぎに、ビーズミル2000について説明する。上述したように、疎水性粒子の表層部または内部には、親水性粒子が混入している場合がある。例えば、混合物がフライアッシュである場合、フライアッシュ中の金属酸化物粒子は、Al2O3とSiO2を成分の主体としたほぼ球形の粒子である。多くの金属酸化物粒子は、未燃カーボン粒子の外側に独立して存在している。しかし、フライアッシュ中の未燃カーボン粒子は多孔質であり、未燃カーボン粒子の表層部または内部の気孔に金属酸化物粒子が混入している場合がある。未燃カーボン粒子中に入りこんでいる金属酸化物粒子の比率は、未燃カーボン粒子の質量と同量におよぶことがある。
Next, the
上記の事前攪拌用ミキサー1000による攪拌によって疎水性粒子と親水性粒子との分離はある程度までは進むが、多くの疎水性粒子の内部に親水性粒子が混入している場合、これらの粒子の分離性は悪化する。分離性の悪化の原因は、疎水性粒子の内部の気孔に金属酸化物粒子が混入しているためであり、このような金属酸化物粒子が多いと、分離性は悪化する。したがって、第0スラリーをそのまま縦型多段接触分離装置10に導入しても、疎水性粒子と親水性粒子とを十分に分離できない可能性がある。そこで、本実施形態では、第0スラリー中の固形分(例えば内部に親水性粒子を内包した疎水性粒子)をさらにビーズミル2000で粉砕する。これにより、第0スラリー中の固形分がさらに粉砕された第1スラリー300を製造する。また、ビーズミル2000による粉砕を行うことで、疎水性粒子がさらに微細化するので、疎水性粒子をエマルジョン相600中に濃縮しやすくすることもできる。
Separation of hydrophobic particles and hydrophilic particles proceeds to some extent by stirring with the above-mentioned
本実施形態では、第0スラリーをビーズミル2000に導入することで、第0スラリー中の固形分(例えば内部に親水性粒子を内包した疎水性粒子)を湿式粉砕する。これにより、疎水性粒子を粉砕し、疎水性粒子中に混入している親水性粒子を疎水性粒子から除去する。これにより、第1スラリー300においては、疎水性粒子から多くの親水性粒子が除去されている。ただし、疎水性粒子から親水性粒子を完全に除去することは難しく、疎水性粒子の表層部の気孔に親水性粒子が残留していることが多い。このため、疎水性粒子の表層部の一部は親水化されている。また、ビーズミル2000によって疎水性粒子が微細化している。一方で、親水性粒子は疎水性粒子に比べて硬い場合が多く、ビーズミル2000による事前粉砕を経てもその大きさはほとんど変わらないことが多い。ビーズミル2000により粉砕によって製造された第1スラリー300は、スラリー導入口10dから縦型多段接触分離装置10内に導入される。
In the present embodiment, by introducing the 0th slurry into the
なお、事前粉砕工程は必ずしも行わなくてもよい。ただし、分離対象混合物310がフライアッシュである場合、多孔質である未燃カーボン粒子は粉砕されやすいが、金属酸化物粒子は球形で緻密であり粉砕しにくい。さらに、未燃カーボン粒子は多孔質であり、表層部及び内部の気孔に多くの金属酸化物粒子が残留している場合がある。よって、事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000を用いた事前粉砕工程を行うことが特に好ましい。これにより、フライアッシュ中に含まれる硬い金属酸化物粒子を破壊せずに、脆い未燃カーボン粒子を、短時間で効率的に粉砕できる。さらに、未燃カーボン粒子からより多くの金属酸化物粒子を分離することができる。
The pre-grinding step does not necessarily have to be performed. However, when the
上記ビーズの直径(以下、ビーズ径という。)が大きいほど、略球状の金属酸化物粒子の間にある粒子径が小さい未燃カーボン粒子を粉砕するためには、硬い略球状の金属酸化物粒子を粉砕せねばならず、ビーズと粒子径の小さい未燃カーボン粒子が衝突する可能性は低くなる。一方、ビーズ径が小さく、言い換えるとビーズの曲率が大きくなるほど、ビーズは、硬い略球状の金属酸化物粒子と衝突せずに、粒子径の小さい未燃カーボン粒子と接触することができる。そのため、ビーズ径は2mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましい。なお、他の種類の混合物をビーズミル2000により事前粉砕する場合にも、同様の理由からビーズ径は2mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましい。一方、ビーズ径の下限は、粉砕後、ビーズと粉体を分離する必要があるため、粉砕後の粉体の最大粒子径より大きいことが好ましく、試験を行い決定する。例えば、フライアッシュの場合、通常、粉砕後の粒子径は、200μm未満であることから、ビーズの直径は200μm以上が好ましい。
The larger the diameter of the beads (hereinafter referred to as the bead diameter), the harder the substantially spherical metal oxide particles in order to crush the unburned carbon particles having a smaller particle diameter between the substantially spherical metal oxide particles. Must be crushed, reducing the likelihood of collision between the beads and the smaller unburned carbon particles. On the other hand, the smaller the bead diameter, in other words, the larger the curvature of the bead, the more the bead can come into contact with the unburned carbon particles having a small particle size without colliding with the hard substantially spherical metal oxide particles. Therefore, the bead diameter is preferably 2 mm or less, more preferably 1 mm or less. When the other type of mixture is pre-ground by the
なお、粉砕方法はビーズミルに限らず、様々な方法が適用可能である。例えば、ビーズ以外の粉砕媒体(例えばボール)を用いてもよい。また、高せん断式ホモジナイザーの高速せん断羽根に衝突させて粉砕する、又は超音波粉砕機により超音波を照射して粉砕する、等のいずれを用いてもよい。混合物中の親水性粒子と疎水性粒子のそれぞれの硬さ又は両粒子の一体化状況等を観察し、最終的には粉砕方法をテストして、最適な方法を選定すればよい。また、事前粉砕は乾式で行ってもよい。 The crushing method is not limited to the bead mill, and various methods can be applied. For example, a pulverizing medium other than beads (for example, a ball) may be used. Further, either one may be used, such as colliding with a high-speed shear blade of a high-shear homogenizer to pulverize, or irradiating ultrasonic waves with an ultrasonic crusher to pulverize. The hardness of each of the hydrophilic particles and the hydrophobic particles in the mixture, the state of integration of both particles, and the like may be observed, and finally the pulverization method may be tested to select the optimum method. Further, the pre-grinding may be performed by a dry method.
なお、上述したように、事前粉砕工程は必ずしも行わなくてもよい。この場合、分離対象混合物310そのものを直接スラリー導入口10dから縦型多段接触分離装置10内に導入してもよいし、分離対象混合物310を水中に分散させてスラリー化した後にスラリー導入口10dから縦型多段接触分離装置10内に導入してもよい。ただし、分離対象混合物310に含まれる疎水性粒子及び親水性粒子は上述したように非常に複雑な形態で互いに結着していることが多い。したがって、事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000を用いた事前粉砕工程を行い、当該事前粉砕工程により得られた第1スラリー300を縦型多段接触分離装置10内に導入することが好ましい。
As described above, the pre-grinding step does not necessarily have to be performed. In this case, the
<6.縦型多段接触分離装置の構成>
次に、縦型多段接触分離システム10Aの主要な構成要素である縦型多段接触分離装置10の構成について説明する。縦型多段接触分離装置10は、縦型外壁管20と、複数のセトラー部30及びミキサー部40と、攪拌軸10aと、重液導入口10cと、スラリー導入口10dと、軽液導入口10eと、軽液排出口10fと、エマルジョン相排出口10gと、重液排出口10hと、第1界面観察窓70と、第2界面観察窓80とを備える。
<6. Configuration of vertical multi-stage contact separation device>
Next, the configuration of the vertical multi-stage
(6-1.縦型外壁管)
縦型外壁管20は、上下に伸びる略円柱状の配管であり、上下の端面が閉塞されている。ただし、上端面の中心には後述する攪拌軸10aを貫通させるための貫通孔10a-1が形成されている。なお、縦型外壁管20の材質は特に制限されないが、縦型外壁管20の内容物(すなわち疎水性粒子、親水性粒子、水、疎水性液体等)との間で相互に影響を与えない(腐食しない、溶解しない等)材質、例えばステンレス製であることが好ましい。
(6-1. Vertical outer wall pipe)
The vertical
縦型外壁管20の内部は、上下方向に複数のセトラー部30及びミキサー部40に区分されており、セトラー部30とミキサー部40とが交互に配置されている。なお、最上部の領域、最下部の領域はいずれもセトラー部30となっている。したがって、ミキサー部40の上下には必ずセトラー部30が配置されている。言い換えれば、ミキサー部40はセトラー部30間に配置される。ミキサー部40とセトラー部30との間には、これらを仕切る仕切り板35が配置されている。
The inside of the vertical
なお、以下の説明において、最上部のセトラー部30を最上部セトラー部30a、最下部のセトラー部30を最下部セトラー部30b、これら以外のセトラー部30を他のセトラー部30dとして互いに区別する場合がある。なお、図3の例では、セトラー部30が合計6段、ミキサー部40が合計5段形成されているが、セトラー部30及びミキサー部40の段数がこの例に限定されないことは勿論である。また、セトラー部30とミキサー部40とは交互に配置されているが、例えば縦型多段接触分離装置10のいずれかの箇所でセトラー部30及びミキサー部40の少なくとも一方が複数段連続して配置されていてもよい。
In the following description, the
図3の例に戻ると、中央のミキサー部40が粗分離ミキサー部40aを構成し、粗分離ミキサー部40aの上方の2組のセトラー部30及びミキサー部40が重液洗浄部50を構成し、粗分離ミキサー部40aの下方の2組のセトラー部30及びミキサー部40が軽液洗浄部60を構成する。重液洗浄部50の上方のセトラー部30が最上部セトラー部30aとなり、軽液洗浄部60の下方のセトラー部30が最下部セトラー部30bとなる。重液洗浄部50及び軽液洗浄部60のうち一方、あるいは両方が省略されてもよい。
Returning to the example of FIG. 3, the
ここで、重液洗浄部50は、重液200が水となる場合には、水(水相100a)中の親水性粒子300b(図5参照)を下方に移動させ、上昇する軽液100中の親水性粒子300bを取り除き、軽液100中の疎水性粒子300a(図5参照)の割合を増加させる。重液200が疎水性液体の場合は疎水性液体中の疎水性粒子300aを下方に移動させ、上昇する軽液100中の疎水性粒子300aを取り除き軽液100中の親水性粒子300bの割合を増加させる。洗浄段数を増加させることにより、エマルジョン相排出口10gより得られるエマルジョン相600中の固形物中の疎水性粒子300aの含有率を上昇させる。または/かつ、水相排出口(水が軽液100の場合は、軽液排出口10f、水が重液200の場合は、重液排出口10h)より得られる水相100a中の固形物中の親水性粒子300bの含有率を上昇させる。
Here, when the
軽液洗浄部60は、軽液100が水となる場合には、親水性粒子300b(図5参照)を上方に移動させ、下降する重液200中の親水性粒子300bを取り除き、重液200中の疎水性粒子300a(図5参照)の割合を増加させる。軽液100が疎水性液体の場合は疎水性液体中の疎水性粒子300aを上昇させ、下降する重液200中の疎水性粒子300aを取り除き重液200中の親水性粒子300aの割合を増加させる。洗浄段数を増加させることにより、エマルジョン相排出口10gより得られるエマルジョン相600中の固形物中の疎水性粒子300aの含有率を上昇させる。または/かつ、水相排出口(水が軽液100の場合は、軽液排出口10f、水が重液200の場合は、重液排出口10h)より得られる水相100a中の固形物中の親水性粒子300bの含有率を上昇させる。
When the
(6-2.攪拌軸)
縦型外壁管20の内部には、セトラー部30、仕切り板35、及びミキサー部40の略中心を貫通する攪拌軸10aが設けられている。攪拌軸10aの上端は、縦型外壁管20の上端面から外部に貫通している。攪拌軸10aの上端は、図示しない駆動装置に接続されており、この駆動装置による駆動力により例えば矢印A方向に回転する。さらに、攪拌軸10aの長さ方向の各部分のうち、ミキサー部40を貫通する部分には、攪拌翼10bが設けられている。攪拌翼10bは、攪拌軸10aに略垂直に設けられた攪拌棒10b-1と、攪拌棒10b-1の両端に設けられた攪拌ブレード10b-2とを備える。攪拌軸10aが回転すると、これに連動して攪拌翼10bが回転する。したがって、ミキサー部40では、内容物40cが攪拌される(図5参照)。なお、攪拌軸10aの回転数(言い換えれば攪拌翼10bの回転数)は特に制限されず、縦型多段接触分離装置10内に導入された内容物が最終的に軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に分離できるように適宜決定されればよい。一例として、攪拌翼10bの周速が0.8~2.8m/sec程度になるように攪拌軸10aの回転数を決定すればよい。攪拌軸10a及び攪拌翼10bの材質は特に制限されないが、縦型外壁管20の内容物(すなわち疎水性粒子、親水性粒子、水、疎水性液体等)との間で相互に影響を与えない(腐食しない、溶解しない等)材質、例えばステンレス製であることが好ましい。なお、図3、または、図13の例では攪拌軸10aが縦型多段接触分離装置10の上端から下端に渡って設けられているが、攪拌軸10aは例えばミキサー部40毎に設けられてもよい。この場合、例えば攪拌翼10bの回転速度をミキサー部40毎に調整してもよい。
(6-2. Stirring shaft)
Inside the vertical
(6-3.各導入口)
縦型多段接触分離装置10には、3つの導入口、すなわち重液導入口10c、スラリー導入口10d、及び軽液導入口10eが設けられる。なお、各導入口の材質は特に制限されないが、縦型外壁管20の内容物(すなわち疎水性粒子、親水性粒子、水、疎水性液体等)との間で相互に影響を与えない(腐食しない、溶解しない等)材質、例えばステンレス製であることが好ましい。
(6-3. Each inlet)
The vertical multi-stage
重液導入口10cは、最上部セトラー部30aの直下の(すなわち、最上部セトラー部30aの下方かつ直近の)ミキサー部40に重液200を導入する。ここで、疎水性液体の比重が1より大きい場合、疎水性液体が重液200となるので、疎水性液体は重液導入口10cから縦型多段接触分離装置10内に導入される。一方、疎水性液体の比重が1より小さい場合、水が重液200となるので、水は重液導入口10cから縦型多段接触分離装置10内に導入される。縦型多段接触分離装置10内に導入された重液200は、その比重によって徐々に下方に移動する。
The heavy
スラリー導入口10dは、縦型多段接触分離装置10の高さ方向の中程に設置された粗分離ミキサー部40aに第1スラリー300を導入する。以下、スラリー導入口10dが設けられるミキサー部40を粗分離ミキサー部40aとし、それ以外のミキサー部40を他のミキサー部40bとして区別する場合がある。第1スラリー300に代えて分離対象混合物310そのもの、または単に分離対象混合物310が水中に分散したスラリーを粗分離ミキサー部40a内に導入してもよい。ただし、上述したように、事前粉砕工程により得られた第1スラリー300を縦型多段接触分離装置10内に導入することが好ましい。
The
軽液導入口10eは、最下部セトラー部30bの直上の(すなわち、最下部セトラー部30bの上方かつ直近の)ミキサー部40内に軽液100を導入する。ここで、疎水性液体の比重が1より小さい場合、疎水性液体が軽液100となるので、疎水性液体は軽液導入口10eから縦型多段接触分離装置10内に導入される。一方、疎水性液体の比重が1より大きい場合、水が軽液100となるので、水は軽液導入口10eから縦型多段接触分離装置10内に導入される。縦型多段接触分離装置10内に導入された軽液100は、その比重によって徐々に上方に移動する。
The light
なお、疎水性液体の引火のしにくさ、安定性、分離容易性等を考慮すると、比重が水よりも大きい疎水性液体を用いることが好ましい。したがって、疎水性液体を重液200として重液導入口10cから縦型多段接触分離装置10内に導入し、水を軽液100として軽液導入口10eから縦型多段接触分離装置10内に導入することが好ましい。
Considering the difficulty of ignition, stability, ease of separation, etc. of the hydrophobic liquid, it is preferable to use a hydrophobic liquid having a specific gravity larger than that of water. Therefore, the hydrophobic liquid is introduced into the vertical multi-stage
(6-4.仕切り板)
ミキサー部40とセトラー部30との間には、これらを仕切る仕切り板35が配置されている。そこで、図4に基づいて仕切り板35の構成について説明する。図4(a)、(b)はいずれも仕切り板35の上端面を模式的に示すが、仕切り板35の開口率が異なっている。開口率の詳細は後述するが、図4(a)の開口率は図4(b)の開口率より小さい。仕切り板35は縦型外壁管20の内壁面に固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。仕切り板35が縦型外壁管20の内壁面に固定されていない場合、後述する支柱35cによって仕切り板35の位置が固定される。なお、仕切り板35の材質は特に制限されないが、縦型外壁管20の内容物(すなわち疎水性粒子、親水性粒子、水、疎水性液体等)との間で相互に影響を与えない(腐食しない、溶解しない等)材質、例えばステンレス製であることが好ましい。
(6-4. Partition plate)
A
仕切り板35の略中心には、攪拌軸10aを貫通させるための貫通孔(第1貫通孔、軸用孔)35aが形成されている。なお、第1貫通孔35aと攪拌軸10aとの接触を抑制するため、攪拌軸10aの周面と第1貫通孔35aの内壁面との間には隙間が空いていることが好ましい。セトラー部30の内容物30c(図6参照)及びミキサー部40内の内容物40c(図5参照)(すなわち、縦型多段接触分離装置10内に導入された内容物)は、この隙間を介して相互に流通することができる。なお、攪拌軸10aの周面と第1貫通孔35aの内壁面との間の距離(隙間の長さ)は特に制限されないが、攪拌軸10aが振動することも考慮すると、概ね5~30mm程度であることが好ましい。
A through hole (first through hole, shaft hole) 35a for passing the stirring
なお、第1貫通孔35aの壁面に上下に伸びるスリーブを設け、このスリーブに攪拌軸10aを通してもよい。この場合、上述した隙間は不要となる。このようなスリーブによって攪拌軸10aの回転時のブレを抑制することができる。
A sleeve extending vertically may be provided on the wall surface of the first through
さらに、仕切り板35には、セトラー部30の内容物30c(図6参照)及びミキサー部40内の内容物40c(図5参照)を相互に流通させるための貫通孔(第2貫通孔、通液用孔)35bも形成されている。第2貫通孔35bは仕切り板35に複数形成されている。第2貫通孔35bの孔径(直径)及び数の少なくとも一方を調整することで、仕切り板35の開口率を調整することができる。仕切り板35に設けられた各貫通孔の孔径及び開口率は、縦型多段接触分離装置10内の内容物を効率よく流通させ、ひいては縦型多段接触分離装置10内の内容物を効率よく軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に分離するために重要であると言える。第2貫通孔35bの孔径及び開口率は、セトラー部30の内容物30c(図6参照)及びミキサー部40内の内容物40c(図5参照)によって好適な値が決まるので、これらについて説明した後に、改めて好適な値を検討する。
Further, the
仕切り板35には一または複数の支柱35cが形成されていてもよい。支柱35cは、上下に隣接する仕切り板35同士の間を連結することで、仕切り板35の位置をさらに強固に固定することができる。なお、最上部の仕切り板35の上端面には、当該上端面と縦型外壁管20の上端面との間を連結する支柱35cを設けてもよい。最下部の仕切り板35の下端面には、当該下端面と縦型外壁管20の底部との間を連結する支柱35cを設けてもよい。なお、仕切り板35が縦型外壁管20の内壁面に固定されていない場合、支柱35cの長さを調整することで、仕切り板35の位置を任意に調整することができる。また、粗分離ミキサー部40aの支柱35cおよび他のミキサー部40bの支柱35cは、邪魔板として作用し、ミキサー部40内の混合性を向上させる。
The
(6-5.粗分離ミキサー部)
つぎに、図5に基づいて粗分離ミキサー部40aの動作を詳細に説明する。図5は粗分離ミキサー部40a及び他のミキサー部40bの内容物40cの状態を模式的に示す説明図である。なお、図5に示す内容物40cは、粗分離ミキサー部40a及び他のミキサー部40b内での攪拌がある程度進んだ状態となっている。他のミキサー部40bの内容物40cも図5とほぼ同様の状態となっている。また、図5の例では、水が軽液100、疎水性液体が重液200となっている。
(6-5. Coarse separation mixer section)
Next, the operation of the coarse
粗分離ミキサー部40a内には攪拌翼10bが配置されており、攪拌翼10bが回転することによって粗分離ミキサー部40aの内容物40cが攪拌される。また、粗分離ミキサー部40aの上下には第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bが形成された仕切り板35が設けられる。
A
ここで、粗分離ミキサー部40a内には、上述したように、第1スラリー300等が導入される。さらに、上下のセトラー部30から各物質が導入される。上方のセトラー部30からは、比重の大きな物質、例えば後述するエマルジョン粒子600aが導入される(疎水性液体の比重が水より大きい場合)。さらに、重液200も粗分離ミキサー部40a内に導入される。ここで、重液200は重液導入口10cから導入された後、縦型多段接触分離装置10内を下降したものである。重液200は、水または疎水性液体である。重液200が疎水性液体となる場合、重液200は疎水性液滴200aとして粗分離ミキサー部40a内に導入される。重液200は、縦型多段接触分離装置10内を下降する間に他のミキサー部40bによって攪拌される。また、遊離した疎水性粒子300aも粗分離ミキサー部40a内に導入されうる。重液200が水となる場合、水相100aとして粗分離ミキサー部40a内に導入される。水相100a内には第1スラリー300に由来する親水性粒子300bが含まれる。
Here, as described above, the
一方、粗分離ミキサー部40aの下方のセトラー部からは、比重の小さな物質、例えば軽液100が導入される。軽液100は、軽液導入口10eから導入された後、縦型多段接触分離装置10内を上昇したものである。軽液100は、水または疎水性液体である。軽液100が疎水性液体となる場合、軽液100は疎水性液滴200aとして粗分離ミキサー部40a内に導入される。軽液100は、縦型多段接触分離装置10内を上昇する間に他のミキサー部40bによって攪拌されるからである。また、遊離した疎水性粒子300aも粗分離ミキサー部40a内に導入されうる。また、セトラー部30内に生じた噴流(セトラー部30のさらに下方の他のミキサー部40bから生じた噴流)によってエマルジョン粒子600aが粗分離ミキサー部40a内に導入される場合もありうる。このようなエマルジョン粒子600aも攪拌されるが、結果的には下方のセトラー部30内に戻される(疎水性液体の比重が水より大きい場合)。
On the other hand, a substance having a small specific density, for example, a
したがって、粗分離ミキサー部40aには、第1スラリー300の他、エマルジョン粒子600a、水(水相100a)、疎水性液体(疎水性液滴200a)、疎水性粒子300a、及び親水性粒子300bが導入されることになる。
Therefore, in addition to the
粗分離ミキサー部40aは、これらの内容物40cを攪拌する。これにより、図5に示すように、水相100a中に疎水性液滴200aを多数分散させる。ここで、水相100aは、第1スラリー300の他、縦型多段接触分離装置10内に導入された水に由来するものである。疎水性液滴200aの表層部には、多くの疎水性粒子300aが付着している。上述したように、本実施形態における疎水性粒子300aは親水性の特性も有する(より詳細には、疎水性粒子300aの表層部の一部が親水性粒子300bまたは水により親水化されている)。このため、多くの疎水性粒子300aは、疎水性液滴200aの表層部に付着する。言い換えれば、疎水性粒子300aは、疎水性液滴200aの内部にはほとんど入り込まない。これにより、粗分離ミキサー部40a内では、微細な疎水性液滴200aの表層部に多くの疎水性粒子300aが付着したエマルジョン粒子600aが多数形成される。エマルジョン粒子600aの表層部は、疎水性粒子300aで覆われているため、互いに合一化しにくくなる。したがって、エマルジョン粒子600aは縦型多段接触分離装置10内で安定して存在することができる。さらに、エマルジョン粒子600aの比重は、水及び疎水性液体の間の値となる。なお、上述したように、粗分離ミキサー部40a内にはエマルジョン粒子600aが導入される場合がある。粗分離ミキサー部40aは、形成済みのエマルジョン粒子600aをせん断力によりさらに微細化する場合がある。
The coarse
なお、攪拌翼10bの周速が大きいほど、攪拌翼10bによるせん断力が強くなり、エマルジョン粒子600aの粒径が小さくなる。エマルジョン粒子600aの粒径が過剰に小さくなるとエマルジョン粒子600aが沈降しにくくなり、エマルジョン粒子600aの粒径が大きすぎるとエマルジョン粒子600aが仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通過しにくくなる(疎水性液体の比重が水より大きい場合)。なお、疎水性液体の比重が水より小さい場合、エマルジョン粒子600aの比重が小さくなり、エマルジョン粒子600aは上方に移動する(上昇する)。エマルジョン粒子600aの粒径が過剰に小さくなるとエマルジョン粒子600aが上昇しにくくなり、粒径が大きすぎるとエマルジョン粒子600aが仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通過しにくくなる。このため、エマルジョン粒子600aの粒径は500~2000μm程度であることが好ましい。言い換えれば、エマルジョン粒子600aの粒径がこのような範囲内になるように、各ミキサー部40内に設置された攪拌翼10bの周速を調整することが好ましい。
The larger the peripheral speed of the
エマルジョン粒子600aの粒径が500μm未満であると、エマルジョン粒子600aがセトラー部30内で沈降(または上昇)しにくくなり、結果として水相100aとエマルジョン相600とが分離されにくくなる可能性がある。また、エマルジョン粒子600aの粒径が2000μmを超えると、疎水性液滴200aの比表面積が小さくなるので、疎水性液滴200aが疎水性粒子300aを捕捉しにくくなる可能性がある。
If the particle size of the
なお、疎水性粒子300a及び親水性粒子300bの粒径は概ね100μm以下であることを考慮すると、エマルジョン粒子600aは特に大きな粒子であると言える。なお、本実施形態における各粒子の粒径は球相当径である。エマルジョン粒子600aの粒径の観察方法については後述する。
Considering that the particle sizes of the
一方、水相100a内には親水性粒子300bが含まれる。水相100aには、ごく少数ではあるが、遊離した疎水性粒子300aが含まれる。また、水相100a内には、疎水性粒子300aで覆われなかった疎水性液体が疎水性液滴200aとして分散している。
On the other hand, the
内容物40cを構成する各物質は、それらの比重差によって上方または下方に移動する。エマルジョン粒子600aの比重は水及び疎水性液体の間の値となるので、疎水性液体の比重によって上方に移動するか、または下方に移動する。すなわち、疎水性液体の比重が水より大きい場合、エマルジョン粒子600aの比重が大きくなり、水相100a中を下方に移動する(下降する)。一方、疎水性液体の比重が水より小さい場合、エマルジョン粒子600aの比重が小さくなり、水相100a中を上方に移動する(上昇する)。
エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより大きい場合(すなわち、疎水性液体の比重が水より大きい場合)、エマルジョン粒子600aは、粗分離ミキサー部40aの下方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って下方のセトラー部30内に導入される。また、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さい場合(すなわち、疎水性液体の比重が水より小さい場合)、エマルジョン粒子600aは、粗分離ミキサー部40aの上方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って上方のセトラー部30内に導入される。
Each substance constituting the
When the specific gravity of the
一方、水相100aは、疎水性液体の比重が1より大きい場合には軽液100となるので、上方に移動する。そして、水相100aは、粗分離ミキサー部40aの上方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って上方のセトラー部30内に導入される。水相100aは、疎水性液体の比重が1より小さい場合には重液200となるので、下方に移動する。そして、水相100aは、粗分離ミキサー部40aの下方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って下方のセトラー部30内に導入される。親水性粒子300bは水相100aに追従して移動する。
On the other hand, when the specific gravity of the hydrophobic liquid is larger than 1, the
一方、疎水性液滴200a(疎水性粒子300aで覆われていないもの)は、疎水性液体の比重が1より大きい場合には重液200となるので、下方に移動する。そして、疎水性液滴200aは、粗分離ミキサー部40aの下方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って下方のセトラー部30内に導入される。疎水性液滴200aは、疎水性液体の比重が1より小さい場合には軽液100となるので、上方に移動する。そして、疎水性液滴200aは、粗分離ミキサー部40aの上方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って上方のセトラー部30内に導入される。
On the other hand, the
一方、粗分離ミキサー部40a内の遊離した疎水性粒子300aは、上方または下方のセトラー部30内に導入される。
On the other hand, the free
このように、粗分離ミキサー部40aは、内容物40cを大きく分けてエマルジョン粒子600a、水相100a(及び水相100aに混入した親水性粒子300b)、疎水性液滴200a(疎水性粒子300aで覆われていないもの)、及び遊離した疎水性粒子300aに分離し、それぞれを上下のセトラー部30に移動させる。
As described above, the coarse
(6-6.他のミキサー部)
他のミキサー部40bの動作も粗分離ミキサー部40aとほぼ同様である。以下、図5に基づいて他のミキサー部40bの動作について説明する。他のミキサー部40b内には攪拌翼10bが配置されており、攪拌翼10bが回転することによって粗分離ミキサー部40a内容物40cが攪拌される。
(6-6. Other mixer section)
The operation of the
他のミキサー部40b内には、上下のセトラー部30から各物質が導入される。これらの物質は粗分離ミキサー部40aの項目で説明した通りである。したがって、他のミキサー部40bには、エマルジョン粒子600a、水、疎水性液体(疎水性液滴200a)、疎水性粒子300a、及び親水性粒子300bが導入されることになる。
Each substance is introduced into the
なお、軽液導入口10eに直接接続された他のミキサー部40bには、当該軽液導入口10eからさらに軽液100が導入される。また、重液導入口10cに直接接続された他のミキサー部40bには、当該重液導入口10cからさらに重液200が導入される。
The
いずれにしても、他のミキサー部40bの内容物40cには、上述したように、エマルジョン粒子600a、水、疎水性液体(疎水性液滴200a)、疎水性粒子300a、及び親水性粒子300bが含まれることになる。
In any case, as described above, the
他のミキサー部40bは、これらの内容物40cを攪拌する。これにより、図5に示すように、水相100a中に疎水性液滴200aを多数分散させる。ここで、水相100aは、第1スラリー300の他、縦型多段接触分離装置10内に導入された水に由来するものである。疎水性液滴200aの表層部には、多くの疎水性粒子300aが付着している。これにより、エマルジョン粒子600aが形成される。なお、上述したように、他のミキサー部40b内にはエマルジョン粒子600aが導入される場合がある。他のミキサー部40bは、形成済みのエマルジョン粒子600aをせん断力によりさらに微細化する場合がある。なお、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより大きく、下方に沈降する場合、下方のミキサー部40は上方のミキサー部40よりも多くのエマルジョン粒子600aを含む(つまりエマルジョン粒子600aの濃度が濃い)といえる。逆に、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さく、上方に上昇する場合、上方のミキサー部40は下方のミキサー部40よりも多くのエマルジョン粒子600aを含む(つまりエマルジョン粒子600aの濃度が濃い)といえる。
The
一方、水相100a内には親水性粒子300bが含まれる。水相100aには、ごく少数ではあるが、遊離した疎水性粒子300aが含まれる。また、水相100a内には、疎水性粒子300aで覆われなかった疎水性液体が疎水性液滴200aとして分散している。
On the other hand, the
内容物40cを構成する各物質は、それらの比重差によって上方または下方に移動する。詳細は粗分離ミキサー部40aの項目で述べた通りである。
Each substance constituting the
このように、他のミキサー部40bは、内容物40cを大きく分けてエマルジョン粒子600a、水相100a(及び水相100aに混入した親水性粒子300b)、疎水性液滴200a(疎水性粒子300aで覆われていないもの)、及び遊離した疎水性粒子300aに分離し、それぞれを上下のセトラー部30に移動させる。
As described above, in the
(6-7.セトラー部)
次に、図6に基づいてセトラー部30の動作(機能)を詳細に説明する。図6は最上部セトラー部30a及び最下部セトラー部30b以外の他のセトラー部30dの内容物30cを示す説明図である。また、図6の例では、水が軽液100、疎水性液体が重液200となっている。
(6-7. Settler section)
Next, the operation (function) of the
他のセトラー部30dの上下には第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bが形成された仕切り板35が設けられる。したがって、他のセトラー部30dには、上下のミキサー部40から各物質が導入される。上述したように、上方のミキサー部40からは、比重の大きな物質、例えばエマルジョン粒子600a(疎水性液体の比重が水より大きい場合)が他のセトラー部30d内に導入される。
A
一方、水相100aは、疎水性液体の比重が1より大きい場合には軽液100となるので、下方のミキサー部40から他のセトラー部30d内に導入される。水相100aは、疎水性液体の比重が1より小さい場合には重液200となるので、上方のミキサー部40から他のセトラー部30d内に導入される。親水性粒子300bは水相100aに追従して移動する。
On the other hand, since the
一方、疎水性液滴200a(疎水性粒子300aで覆われていないもの)は、疎水性液体の比重が1より大きい場合には重液200となるので、上方のミキサー部40から他のセトラー部30d内に導入される。疎水性液滴200aは、疎水性液体の比重が1より小さい場合には軽液100となるので、下方のミキサー部40から他のセトラー部30d内に導入される。
On the other hand, the
一方、上方または下方のミキサー部40内の遊離した疎水性粒子300aは、上方または下方のミキサー部40から他のセトラー部30d内に導入される。
On the other hand, the free
他のセトラー部30dは、内容物30cを静置することで、これらを比重分離する。例えば、比重の大きなエマルジョン粒子600a(疎水性液体の比重が水より大きい場合)は下方の仕切り板35上に沈降し、この位置で濃縮する。その後、沈降したエマルジョン粒子600aは、仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って下方のミキサー部40に導入される。なお、エマルジョン粒子600aの比重が小さい場合、エマルジョン粒子600aは、下方のミキサー部40から他のセトラー部30d内に導入され、上方の仕切り板35の近傍に濃縮する。その後、上方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って上方のミキサー部40に導入される。
The
水相100a(及びそれに追従する親水性粒子300b)は、疎水性液体の比重が1より大きい場合には軽液100となるので、他のセトラー部30d内で上方に移動(浮上)する(図6の例)。その後、水相100aは、上方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bから上方のミキサー部40に導入される。一方、水相100aは、疎水性液体の比重が1より小さい場合には重液200となるので、他のセトラー部30d内で下方に沈降する。その後、水相100aは、下方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bから下方のミキサー部40に導入される。
Since the
疎水性液滴200a(疎水性粒子300aで覆われていないもの)は、疎水性液体の比重が1より大きい場合には重液200となるので、下方に沈降する。そして、疎水性液滴200aは、他のセトラー部30dの下方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って下方のミキサー部40内に導入される。疎水性液滴200aは、疎水性液体の比重が1より小さい場合には軽液100となるので、上方に移動(浮上)する。そして、疎水性液滴200aは、他のセトラー部30dの上方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを通って上方のミキサー部40内に導入される。
The
遊離した疎水性粒子300aは、その比重によって他のセトラー部30dから上方または下方のミキサー部40内に導入される。
The liberated
図7は、粗分離ミキサー部40aとその上下のセトラー部30(他のセトラー部30d)との間におけるエマルジョン粒子600a及び水相100aの移動の様子を模式的に示す。なお、この例では水相100aが軽液100となっている。したがって、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより大きくなっている。この例では多くのエマルジョン粒子600aが下方のセトラー部30に沈降するが、一部のエマルジョン粒子600aは、粗分離ミキサー部40aによる噴流によって上方のセトラー部30に移動する。ただし、当該エマルジョン粒子600aは、上方のセトラー部30内で比重分離され、粗分離ミキサー部40aに戻る。
FIG. 7 schematically shows the movement of the
同様に、多くの水相100aは、上方のセトラー部30に浮上するが、一部の水相100aは粗分離ミキサー部40aによる攪拌流によって下方のセトラー部30内に沈降する。ただし、当該水相100aは、下方のセトラー部30内で比重分離され、粗分離ミキサー部40aに戻る。
Similarly, many
最上部セトラー部30aの機能は概ね他のセトラー部30dと同様であるが、上方に移動した物質は最上部セトラー部30a内に留まるという点で他のセトラー部30dの機能と異なる。なお、最上部セトラー部30aには、軽液相500の液面が形成されてもよい。図3の例では最上部セトラー部30a内に軽液相500の液面500bが形成されている。
The function of the
最下部セトラー部30bの底部(縦型外壁管20の底部)には重液200が沈降し、重液相700が形成されている。そして、その上方にエマルジョン相600が形成されている。したがって、最下部セトラー部30b内にはエマルジョン相600/重液相700の界面110c(本実施形態では、界面の上下の相を/で連結して表現するものとする。)が形成されている。
The
(6-8.縦型多段接触分離装置内に形成される各相)
各セトラー部30及びミキサー部40が上述した処理を繰り返して行うと、重液200は縦型多段接触分離装置10内を徐々に沈降し、重液相700を形成する。軽液100は縦型多段接触分離装置10内を徐々に上昇し、軽液相500を形成する。一方、エマルジョン粒子600aは、その比重に関わらず、軽液相500と重液相700との間にエマルジョン相600を形成する。この結果、図3、または、図13に示すように、縦型多段接触分離装置10内の内容物は、上方から軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に比重分離される。ただし、エマルジョン粒子600aの比重によってエマルジョン相600内にエマルジョン粒子600aの濃度分布が形成される。エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより大きい場合(すなわち、疎水性液体の比重が水より大きい場合)、下方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度は、上方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度よりも大きい。一方、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さい場合(すなわち、疎水性液体の比重が水より小さい場合)、上方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度は、下方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度よりも大きい。
(6-8. Each phase formed in the vertical multi-stage contact separation device)
When each
ここで、軽液相500は軽液100が濃縮された相であり、重液相700は重液200が濃縮した相である。軽液相500または重液相700が水相100aとなる場合、水相100a内には多くの親水性粒子300bが含まれる。水相100a内にはごく少量の疎水性粒子300aが含まれる場合がある。したがって、水相100aは親水性粒子300bを疎水性粒子300aよりも多く含む。すなわち、水相100aを回収して乾燥することで得られる固形物には、多くの親水性粒子300bが含まれることになる。分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、当該固形物は所謂精製フライアッシュとなる。精製フライアッシュ中のカーボン(すなわち疎水性粒子)含有率CAは、精製フライアッシュの品質、ひいては縦型多段接触分離装置10の分離性能を評価する指標となる。精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは、精製フライアッシュの総質量に対するカーボンの質量%である。本実施形態(及び後述する各実施例)におけるカーボン含有率は、上述したように、強熱減量率として測定される。強熱減量率とは、105℃で乾燥したサンプルを975℃にセットした大気雰囲気化の炉内で15分以上保持した際の質量減少率である。
Here, the light
精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAが小さいほど、精製フライアッシュの品質が高いと言える。軽液相500または重液相700が疎水性液体相となる場合、疎水性液体相には疎水性粒子300a及び親水性粒子300bはほとんど含まれない。なお、疎水性液体は縦型多段接触分離装置10内では疎水性液滴200aとして存在するので、縦型多段接触分離装置10内を移動する過程において疎水性粒子300aに被覆されてエマルジョン粒子600aとなることが多い。しかし、疎水性粒子300aに被覆されずに縦型多段接触分離装置10内の端部に到達する疎水性液滴200aも存在し、それらの疎水性液滴200aは互いに合一し、軽液相500または重液相700となる。
It can be said that the smaller the carbon content CA in the refined fly ash, the higher the quality of the refined fly ash. When the light
エマルジョン相600は、エマルジョン粒子600aが濃縮した相であり、エマルジョン粒子600aを多く含む。エマルジョン粒子600a間には、水相100a(及び水相100aに追従した親水性粒子300b)、疎水性液体、及び遊離した疎水性粒子300aのうち少なくとも1種以上が含まれる場合がある。したがって、エマルジョン粒子600aを回収して乾燥することで得られる固形物には、多くの疎水性粒子300aが含まれることになる。分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、当該固形物(カーボン濃縮物)中のカーボン含有率CCは未燃カーボン濃縮物の品質、ひいては縦型多段接触分離装置10の分離性能を評価する指標となる。未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは、未燃カーボン濃縮物の総質量に対するカーボンの質量%である。未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCが大きいほど、未燃カーボン濃縮物の品質が高いと言える。
The
(6-9.仕切り板の孔径及び開口率について)
上述したように、仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bは、各物質(特にエマルジョン粒子600a、水相100a等)を通過させるために必要な貫通孔である。したがって、これらの物質を効率よく通過させるためには、これらの貫通孔の孔径及び開口率が重要となる。なお、攪拌軸10aの周面と第1貫通孔35aの内壁面との間の距離(隙間の長さ)の好ましい範囲は概ね5~30mm程度となっている。そこで、第2貫通孔35bの孔径及び貫通孔全体の開口率について改めて検討する。
(6-9. Regarding the hole diameter and aperture ratio of the partition plate)
As described above, the first through
水、疎水性液体、疎水性粒子300a、親水性粒子300b、及びエマルジョン粒子600aのうち、もっとも粒径が大きいのはエマルジョン粒子600aであり、その粒径は上述したように概ね500~2000μmである。図6に示すように、下方の仕切り板35上には、多数のエマルジョン粒子600aが濃縮するので(疎水性液体の比重が水より大きい場合)、一つの第2貫通孔35bを複数のエマルジョン粒子600aが同時に通過する場合がある。なお、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さい場合、エマルジョン粒子600aは、上方の仕切り板35の近傍に濃縮し、上方の仕切り板35における一つの第2貫通孔35bを複数のエマルジョン粒子600aが同時に通過する場合がある。これらのことを考慮すると、第2貫通孔35bの孔径はエマルジョン粒子600aの粒径の数倍程度あることが好ましく、例えば8mm以上であることが好ましい。より好ましくは12mm以上である。一方、第2貫通孔35bの孔径が大きくなりすぎると、ミキサー部40内で生じる攪拌流が過剰な噴流となってセトラー部30内に入り、セトラー部30内でのエマルジョン粒子600aの沈降、仕切り板35上での濃縮が生じにくくなる(疎水性液体の比重が水より大きい場合)。なお、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さい場合、エマルジョン粒子600aが上方の仕切り板35の近傍で濃縮しにくくなる。このため、エマルジョン相600と軽液相500との相分離が困難になる。そこで、第2貫通孔35bの孔径は、50mm以下であることが好ましく、30mm以下がより好ましい。したがって、第2貫通孔35bの孔径は、例えば8~50mmであることが好ましい。
Of the water, hydrophobic liquid,
つぎに、仕切り板35の開口率について検討する。本実施形態では、仕切り板35の開口率は以下のように定義される。すなわち、開口率の分母は、エマルジョン粒子600aが濃縮する可能性があるエリアの面積(平面視の面積)とし、開口率の分子は、貫通孔全体の平面視の面積とする。具体的には、仕切り板35の平面視の直径(d)から求めた仕切り板35の面積(1/4πd2)から支柱断面積と攪拌軸断面積を引いた面積を分母とし、第1貫通孔35aの断面積から攪拌軸10aの断面積を引いた開口面積と第2貫通孔35bの開口面積を足した開口面積を分子とし、分子と分母の比率(100分率)を開口率とした。後述の実施例で示される通り、開口率の好ましい範囲は10~50(面積%)である。開口率は20~40面積%であることがさらに好ましい。開口率を係る範囲内とした場合に、例えば精製フライアッシュ及び未燃カーボン濃縮物の品質が向上する。より具体的には、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAが小さく、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCが大きくなり、これらの比(カーボン含有率比)CC/CAの値が20以上となる。(図11及び図12参照)。開口率を20~40面積%とすることで、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAを2.0質量%以下とすることができる。
Next, the aperture ratio of the
なお、開口率が10%未満となる場合、各液体や粒子群(例えばエマルジョン粒子600a、遊離した疎水性粒子300a、親水性粒子300b等)の仕切り板35を介した流動が安定的にできなくなる可能性や、仕切り板35の上部に粒子群が過剰に堆積して粒子群が上部のミキサー部40に接するまで堆積するようになり、セトラー部30内での分離が継続できなくなる可能性がある。一方、開口率が50%超となる場合、ミキサー部40内の攪拌による流れがセトラー部30にも大きく影響し、セトラー部30内でエマルジョン粒子600aが沈殿しにくくなる(疎水性液体の比重が水より大きい場合)。例えば、ミキサー部40内で生じた攪拌流が過剰な噴流となって第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bから噴出し、エマルジョン粒子600aが下方の仕切り板35上に濃縮しにくくなる可能性がある。なお、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さい場合、エマルジョン粒子600aが上方の仕切り板35の近傍で濃縮しにくくなる。開口率が10~50面積%となる場合、適度な噴流が第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bからセトラー部30内に導入されるので、エマルジョン粒子を上方または下方の仕切り板35上に濃縮させつつ、第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bの目詰まりを抑制することができる。さらに、エマルジョン粒子600aを第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bから下方のミキサー部40に移動させることができる。結果として、上述したように、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAが小さく、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCが大きくなり、カーボン含有率比CC/CAの値が20以上となる。
When the aperture ratio is less than 10%, the flow of each liquid or particle group (for example,
なお、第1貫通孔35aの孔径、第2貫通孔35bの孔径、数、及び開口率は全ての仕切り板35で共通としてもよいし、仕切り板35毎に異なっていてもよい。ただし、全ての仕切り板35が上述した要件を満たすことが好ましい。カーボン含有率比CC/CAの値を20以上とするためには、全ての仕切り板35の開口率が10~50面積%となっていることが特に好ましい。
The hole diameter of the first through
(6-10.界面の位置及び観察方法)
本実施形態では、図3に示すように、最下部セトラー部30b内にエマルジョン相600/重液相700の界面110cが形成される。最下部セトラー部30bには第2界面観察窓80が設けられる。
(6-10. Interface position and observation method)
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
一方、粗分離ミキサー部40aの直下のセトラー部30(以下、このようなセトラー部30を観察用セトラー部30eとも称する。観察用セトラー部30eは他のセトラー部30dの一種である)内にエマルジョン相600/軽液相500の界面110bが形成される。観察用セトラー部30eには、第1界面観察窓70が設けられる。なお、第1界面観察窓70はエマルジョン相600/水相100aの界面を観察するための観察窓であり、第2界面観察窓80はエマルジョン相600/疎水性液体相の界面を観察するための観察窓である。したがって、図3に示す例では、軽液相500が水相100aとなり、重液相700が疎水性液体相となっている。そこで、まず、軽液相500が水相100aとなり、重液相700が疎水性液体相となる場合の観察方法について説明する。
On the other hand, an emulsion is placed in a
作業者は、第1界面観察窓70を介してエマルジョン相600/軽液相500(すなわちエマルジョン相600/水相100a)の界面110bを観察することができ、第2界面観察窓80を介してエマルジョン相600/重液相700(すなわちエマルジョン相600/疎水性液体相)の界面110cを観察することができる。もちろん、各界面の位置は図3に示す例に制限されない。ただし、軽液相500が水相100aとなる場合、界面110bをこの位置(すなわち、粗分離ミキサー部40aの直下の観察用セトラー部30eの位置)に形成することで、界面110bを認識しやすくなるというメリットが生じる。
The operator can observe the
例えば、分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、親水性粒子300bは灰色の金属酸化物粒子となり、疎水性粒子300aは黒色の未燃カーボン粒子となる。したがって、エマルジョン相600は黒色となり、軽液相500(すなわち水相100a)は灰色となる。したがって、作業者は、第1界面観察窓70を介してエマルジョン相600/軽液相500(すなわちエマルジョン相600/水相100a)の界面110bを観察することができる。なお、重液相700(すなわち疎水性液体相)は透明となるので、作業者は、第2界面観察窓80を介してエマルジョン相600/重液相700(すなわちエマルジョン相600/疎水性液体相)の界面110cを観察することができる。
For example, when the
ただし、粗分離ミキサー部40aの上方では、大量の水相100a及びそれに追従する金属酸化物粒子が流動している。このため、粗分離ミキサー部40aの上方に第1界面観察窓70を配置し、エマルジョン相600/軽液相500の界面110bをこの位置に維持しようとすると、エマルジョン相600の黒色が金属酸化物粒子の灰色で薄まり、軽液相500(すなわち水相100a)とエマルジョン相600との界面110bが認識しにくくなる。
However, a large amount of the
一方、粗分離ミキサー部40aの下方では、水相100a及びそれに追従する金属酸化物粒子の量は著しく減少する。したがって、図3の例のように粗分離ミキサー部40aの直下の観察用セトラー部30eにエマルジョン相600/軽液相500(すなわちエマルジョン相600/水相100a)の界面110bを配置した場合、エマルジョン相600の黒色は金属酸化物粒子の灰色であまり薄まりにくくなる。したがって、作業者は、軽液相500(すなわち水相100a)とエマルジョン相600との界面を認識しやすくなる。
On the other hand, below the coarse
なお、図3の例では、上から4段目のセトラー部30(粗分離ミキサー部40aの直下のセトラー部30)を観察用セトラー部30eとし、この位置でエマルジョン相600/軽液相500の界面110bを維持することとしたが、さらに下方のセトラー部30で当該界面110bを維持してもよい。
In the example of FIG. 3, the settler section 30 (the
さらに、図8に示すように、エマルジョン相600/軽液相500(すなわちエマルジョン相600/水相100a)の界面110b上部に(すなわち、縦型外壁管20内の第1界面観察窓70の上部に)、界面110bの上部から落下するエマルジョン粒子600aを抑制する傘75を設けてもよい。このような傘75により、界面110bの上部のエマルジョン粒子600aの流動を妨げ、第1界面観察窓70から離れた位置に落下させることができる。つまり、図3の例では、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより大きいので、エマルジョン粒子600aは、多段接触分離装置10内を下方に沈降(落下)する。このようなエマルジョン粒子600aが第1界面観察窓70の近傍に落下した場合、作業者が観察する界面110bが乱れる可能性がある。しかし、このような傘75を設けることで、作業者が観察する界面110bの乱れを抑制することができる。なお、傘75の材質も特に制限されないが、縦型外壁管20の内容物(すなわち疎水性粒子、親水性粒子、水、疎水性液体等)との間で相互に影響を与えない(腐食しない、溶解しない等)材質、例えばステンレス製であることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 8, on the upper part of the
なお、エマルジョン相600/重液相700(すなわちエマルジョン相600/疎水性液体相)の界面110cにおいては、重液相700が疎水性液体相となるので、必ずしも傘は必要ない。これらの相間ではエマルジョン粒子600aの移動はほとんどないからである。
At the
次に、軽液相500が疎水性液体相となり、重液相700が水相100aとなる場合について説明する。この場合、単純に第1の界面観察窓70と第2の界面観察窓80の位置とを入れ替えるだけでもよいが、図13に示す縦型多段接触分離装置10’を用いることが好ましい。なお、図13では、縦型多段接触分離システム10Aのうち、縦型多段接触分離装置10’の構成のみが示されている。縦型多段接触分離装置10’にも、図3に示す事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000が接続されている。
Next, a case where the light
縦型多段接触分離装置10’は、図3に示す縦型多段接触分離装置10とほぼ同様の構成を有するが、第1界面観察窓70、第2界面観察窓80、エマルジョン相排出口10g、及び傘75の配置が異なる。また、エマルジョン相600/軽液相500(すなわちエマルジョン相600/疎水性液体相)の界面110bは最上部セトラー部30a内に形成され、エマルジョン相600/重液相700(すなわちエマルジョン相600/水相100a)の界面110cは粗分離ミキサー部40aの直上のセトラー部30内に形成される。
The vertical multi-stage contact separation device 10'has almost the same configuration as the vertical multi-stage
したがって、第1界面観察窓70、すなわちエマルジョン相600/重液相700(より具体的にはエマルジョン相600/水相100a)の界面110cを観察するための観察窓は粗分離ミキサー部40aの直上のセトラー部30(したがってこのセトラー部30が観察用セトラー部30eとなる)に設けられる。第2界面観察窓80、すなわちエマルジョン相600/軽液相500(より具体的にはエマルジョン相600/疎水性液体相)の界面110bを観察するための観察窓は、最上部セトラー部30aに設けられる。
Therefore, the observation window for observing the first
各観察窓を用いた界面110b、110cの観察方法は図3で説明した方法と同様である。上記のように各観察窓を配置することで、粗分離ミキサー部40aの上方では、水相100a(ここでは重液相700)及びそれに追従する金属酸化物粒子の量は著しく減少する。したがって、粗分離ミキサー部40aの上方にエマルジョン相600と水相100aとの界面(すなわち、界面110c)を配置した場合、エマルジョン相600の黒色は金属酸化物粒子の灰色であまり薄まりにくくなる。したがって、作業者は、エマルジョン相600と水相100aとの界面を認識しやすくなる。なお、各界面の位置が図13の例に限定されないことは図3の例と同様である。界面の位置に応じて、各観察窓の配置を調整すればよい。
The method of observing the
なお、傘75は図13に示すように観察用セトラー部30e内のうち、界面110cの下方に配置される。つまり、図3の例では、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さいので、エマルジョン粒子600aは、多段接触分離装置10内を上昇(浮上)する。このような傘75により、界面110cの下方から浮上するエマルジョン粒子600aの流動を妨げ、第1界面観察窓70から離れた位置に浮上させることができる。つまり、このようなエマルジョン粒子600aが第1界面観察窓70の近傍に浮上した場合、作業者が観察する界面110cが乱れる可能性がある。しかし、このような傘75を設けることで、作業者が観察する界面110cの乱れを抑制することができる。
As shown in FIG. 13, the
エマルジョン相排出口10gは、例えば軽液相500とエマルジョン相600との界面110bより、少しエマルジョン相600側に設置される。このエマルジョン相排出口10gからエマルジョン相600が排出される。図13の例では、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより小さくなっている(すなわち、疎水性液体の比重が水より小さくなっている)。このため、上方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度は、下方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度よりも大きい。このため、この位置にエマルション相排出口10gを設けることで、エマルジョン相600を効率よく回収することができる。エマルション相排出口10gの詳細については後述する。
The emulsion
なお、作業者が各界面110b、110cを明確に観察するためには、第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80の材質も非常に重要になる。以下、分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合を一例として説明するが、分離対象混合物310が上述した他の物質となる場合にも第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80の適切な材質は同様である。
The materials of the first
まず、第1界面観察窓70は、エマルジョン相600/水相100aの界面を観察するための観察窓であるため、ガラス製であることが好ましい。これにより、作業者は、第1界面観察窓70を介してエマルジョン相600を黒色と認識し、水相100aを灰色と認識することができる。つまり、エマルジョン相600/水相100aの界面を認識することができる。さらに、撮像装置がこれらのエマルジョン相600/水相100aの界面を撮像することができる。つまり、撮像装置は、エマルジョン相600を黒色に、水相100aを灰色に撮像することができる。
First, since the first
なお、第1界面観察窓70を他の材質、例えば任意の有機樹脂で構成した場合、エマルジョン相600がメニスカスの影響で水相100a側に広がり、水相100aとエマルジョン相600との界面110b、110cが判別しにくくなってしまう可能性がある。
When the first
つぎに、第2界面観察窓80は、エマルジョン相600/疎水性液体相の界面を観察するための観察窓であるため、表面に親水性官能基を有しない、つまり、疎水性液体に親和性の高い透明板で構成することが好ましい。ここで、表面に親水性官能基を有しない透明板は、例えば、透明板そのものが親水性官能基を有しない樹脂で構成されているプラスチック板の他、少なくともエマルジョン相600及び疎水性液体相に接する面が親水性官能基を有しない透明塗料で覆われている透明板(例えばガラス製の透明板)等が挙げられる。
Next, since the second
ここで、親水性官能基としては、例えば水酸基(OH)、アミノ基(NH2)、カルボキシル基(COOH)、スルホン酸基(SO3H)等が該当する。透明板の表面に親水性官能基を有するかどうかは、表面接触型の赤外分光法での測定にて、該当する官能基のシグナルが検出されるかどうかで判断可能である。 Here, examples of the hydrophilic functional group include a hydroxyl group (OH), an amino group (NH 2 ), a carboxyl group (COOH), and a sulfonic acid group (SO 3 H). Whether or not the surface of the transparent plate has a hydrophilic functional group can be determined by whether or not the signal of the corresponding functional group is detected by the measurement by surface contact type infrared spectroscopy.
プラスチック板の材質としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、塩化ビニル、アクリル、ポリスチレン、ABS樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネード、テフロン(登録商標)、エチレン酸ビコポリマー、フェノール樹脂、メラミン、不飽和ポリエステル、エポキシ等が挙げられる。透明塗料の具体例としては、アクリル合成樹脂塗料、ポリウレタン合成樹脂塗料、アクリルシリコン合成樹脂塗料、フッ素合成樹脂塗料等が挙げられる。なお、疎水性液体の種類によっては使用できない材質もあるため、使用する疎水性液体に適した材質を選定することが好ましい。 Materials for plastic plates include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), vinyl chloride, acrylic, polystyrene, ABS resin, nylon resin, polycarbonate, Teflon (registered trademark), biethylene acid copolymer, and phenol. Examples thereof include resin, melamine, unsaturated polyester and epoxy. Specific examples of the transparent paint include acrylic synthetic resin paint, polyurethane synthetic resin paint, acrylic silicon synthetic resin paint, fluorine synthetic resin paint and the like. Since some materials cannot be used depending on the type of hydrophobic liquid, it is preferable to select a material suitable for the hydrophobic liquid to be used.
例えば、分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、第2界面観察窓80は、ポリプロピレン板か、ポリプロピレン樹脂でコーティングしたガラス板であってもよい。
For example, when the
これにより、作業者は、第2界面観察窓80を介してエマルジョン相600を黒色と認識し、疎水性液体相を透明と認識することができる。つまり、エマルジョン相600/疎水性液体相の界面を認識することができる。さらに、撮像装置がエマルジョン相600/疎水性液体相の界面を撮像することができる。つまり、撮像装置は、エマルジョン相600を黒色に、疎水性液体相を透明に撮像することができる。
As a result, the operator can recognize the
なお、第2界面観察窓80を他の材質、例えばガラス板で構成した場合、エマルジョン相600がメニスカスの影響で疎水性液体相側に広がり、疎水性液体相とエマルジョン相600との界面110b、110cが判別しにくくなってしまう可能性がある。
When the second
なお、上述したように、軽液相500及び重液相700のいずれか一方が水相100aとなり、他方が疎水性液体相となる。したがって、例えば軽液相500が水相100aとなり、重液相700が疎水性液体相となる場合、図3に示す縦型多段接触分離装置10を用いて各界面を観察することが好ましい。逆に、軽液相500が疎水性液体相となり、重液相700が水相100aとなる場合、図13に示す縦型多段接触分離装置10’を用いて各界面を観察することが好ましい。
As described above, either one of the light
第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80の上下方向の長さは特に制限されないが、界面110b、110cの変動を考慮した長さ(例えば界面110b、110cの変位量の2~3倍程度)であることが好ましい。
The lengths of the first
(6-11.エマルジョン粒子の粒径の測定方法)
エマルジョン粒子600aの粒径(球相当径、擬似粒子径)は、撮像画像を用いて測定することができる。具体的には、実操業で使用する第1スラリー300中の水と、軽液100または重液200として使用する予定の水との総体積分の水を縦型多段接触分離装置10(または縦型多段接触分離装置10’)内に導入する。さらに、軽液100または重液200として使用する予定の疎水性液体を縦型多段接触分離装置10(または縦型多段接触分離装置10’)内に導入する。ついで、攪拌軸10aを実操業と同じ周速で回転させる。ついで、第1界面観察窓70、つまりガラス板となる観察窓から内部を撮像し、撮像画像を取得する。そして、撮像画像に映った疎水性液滴200aを500個程度抽出し、それらの平均粒径(球相当径の算術平均値)を算出する。それをエマルジョン粒子600aの粒径とすればよい。
(6-11. Method for measuring the particle size of emulsion particles)
The particle size (sphere equivalent diameter, pseudo particle size) of the
なお、どの相を特に回収したいのかにもよるが、例えばエマルジョン相600からは未燃カーボン粒子及び疎水性液体を回収することができ、水相100aからは水及び親水性粒子を回収することができる。したがって、少なくともエマルジョン相600及び水相100aを回収することが好ましい。
Although it depends on which phase is particularly desired to be recovered, for example, unburned carbon particles and hydrophobic liquid can be recovered from the
なお、エマルジョン相600と水相100aとの界面は必ずしも認識されなくてもよい。例えば、重液相700が水相100aとなる場合、縦型多段接触分離装置10’における第1界面観察窓70は必ずしも必要ない。このような場合であっても、縦型多段接触分離装置10’内の下端にはかならず重液相700(すなわち水相100a)が形成されるので、この位置に重液排出口(詳細は後述する)10hを設けることで、水相100aを回収することができる。
The interface between the
一方、軽液相500が水相100aとなる場合、縦型多段接触分離装置10における第1界面観察窓70は必ずしも必要ない。このような場合であっても、縦型多段接触分離装置10内の上端には必ず軽液相500(すなわち水相100a)が形成されるので、この位置に軽液排出口(詳細は後述する)10fを設けることで、水相100aを回収することができる。もちろん、これらの場合であっても、エマルジョン相600と水相100aとの界面も認識されることが好ましい。例えば連続処理を続けていくと、エマルジョン相600と水相100aとの界面が大きく変動する場合がある。この場合、水相100aを回収するための排出口からエマルジョン相600も回収される可能性がある。例えば、軽液相500が水相100aとなり、かつエマルジョン相600と水相100aとの界面が縦型多段接触分離装置10の上端近傍まで移動すると、軽液排出口10fからエマルジョン相600が回収される可能性がある。また、重液相700が水相100aとなり、かつエマルジョン相600と水相100aとの界面が縦型多段接触分離装置10の下端近傍まで移動すると、重液排出口10hからエマルジョン相600が回収される可能性がある。したがって、エマルジョン相600と水相100aとの界面も認識されることが好ましい。
On the other hand, when the light
(6-12.各排出口)
縦型多段接触分離装置10には、3つの排出口、すなわち軽液排出口10f、エマルジョン相排出口10g、及び重液排出口10hが設けられる。なお、各排出口の材質は特に制限されないが、縦型外壁管20の内容物(すなわち疎水性粒子、親水性粒子、水、疎水性液体等)との間で相互に影響を与えない(腐食しない、溶解しない等)材質、例えばステンレス製であることが好ましい。
(6-12. Each outlet)
The vertical multi-stage
軽液排出口10fは、例えば軽液相500の液面近傍に設けられ、軽液相500を排出する。もちろん、軽液排出口10fの設置位置はこの位置に限定されない。軽液相500は、例えば水相100aまたは疎水性液体である。これにより、水相100aまたは疎水性液体を回収することができる。回収された疎水性液体は軽液100として再利用することができる。回収された疎水性液体はそのまま再利用されてもよいが、遊離した疎水性粒子300a等が含まれている可能性があるので、任意の方法により洗浄した後に再利用することが好ましい。疎水性液体の洗浄の方法としては、所謂遠心分離の他、蒸留等が挙げられる。
The light
一方、水相100aには多くの親水性粒子300bが濃縮されている。そこで、まず、水相100aを遠心分離機、または、ろ過機能を有した遠心分離機、または、任意のセトラーを用いて水相100aを水と固形分とに分離する。分離された水は軽液100として再利用することができる。なお、ろ過機能を有した遠心分離機とは、遠心力が作用する方向の壁面にろ過液が通過する細孔が多数形成された回転体を有した遠心分離機であり、脱水液は細孔を通過して回転体の外側に移動するが、固形物は回転体内に残る。一方、固形分には水分が残留しているので、固形分を乾燥することが好ましい。乾燥によって蒸発した水分は凝縮した後に軽液100として再利用することができる。一方、乾燥後の固形物は、その成分によって適宜再利用することができる。例えば分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、固形物は精製フライアッシュとなる。精製フライアッシュの用途は多肢に渡り、例えばコンクリート用原料、建材原料、セメント用原料等が挙げられる。精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは非常に低い(例えば仕切り板35の開口率を10~50%とすることでカーボン含有率CAを最小で2質量%未満まで下げることができる)ので、精製フライアッシュの品質は非常に高い。
On the other hand, many
図3において、軽液相500が水相100aで重液相700が疎水性液体相である場合で、粒子径が大きい粗大な親水性粒子(例えば、200μm以上)は、エマルジョン相600中を沈降し、エマルジョン相600と重液相700との界面110c付近で濃化することがある。このような場合は、エマルジョン相600と重液相700の界面110c付近の液体を少量ずつ回収し、篩などにより粗大な親水性粒子を分離することで、エマルジョン粒子600aを含むエマルジョン相600を回収することができる。
In FIG. 3, when the light
エマルジョン相排出口10gは、例えばエマルジョン相600と疎水性液体相(図3の例では重液相700)の界面110cより、少しエマルジョン相600側に設けられる。これにより、エマルジョン相600を回収することができる。もちろん、エマルジョン相排出口10gの設置位置はこの位置に限定されない。ただし、図3の例では、エマルジョン粒子600aの比重が水相100aより大きくなっている(すなわち、疎水性液体の比重が水より大きくなっている)。このため、下方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度は、上方のエマルジョン相600におけるエマルジョン粒子600aの濃度よりも大きい。このため、この位置にエマルション相排出口10gを設けることで、エマルジョン相600を効率よく回収することができる。回収されたエマルジョン相600は、まず遠心分離機、または、ろ過機能を有した遠心分離機、または、任意のセトラーを用いて固形分と液相とに分離される。液相の大部分は疎水性液体であるが、少量の水も混合されているので、蒸留等でこれらを分離した後に、軽液100または重液200として再利用することができる。あるいは、水及び疎水性液体は最終的には混合されるので、回収した液相をそのまま軽液100または重液200として再利用してもよい。
The emulsion
一方、固形分には液体が残留しているので、固形分を乾燥することが好ましい。乾燥によって蒸発した液体は凝縮した後に上述した方法で疎水性液体と水に分離し(あるいはそのまま)、軽液100または重液200として再利用することができる。一方、乾燥後の固形物は、その成分によって適宜再利用することができる。例えば分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、固形物は未燃カーボン濃縮物となる。未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは非常に高い(例えば仕切り板35の開口率を10~50%とすることでカーボン含有率CCを大きくすることができ、例えば、軽液洗浄部を2段にすると70質量%超まで上げることができる)ので、未燃カーボン濃縮物の品質は非常に高い。未燃カーボン濃縮物は、例えば発電用、製鉄用、セメントクリンカー用の炭素材料等として再利用することができる。
On the other hand, since the liquid remains in the solid content, it is preferable to dry the solid content. The liquid evaporated by drying is condensed and then separated into a hydrophobic liquid and water (or as it is) by the method described above, and can be reused as a
重液排出口10hは、例えば縦型多段接触分離装置10の下端に設けられる。重液相700は、例えば水相100aまたは疎水性液体である。これにより、水相100aまたは疎水性液体を回収することができる。回収された水相100aまたは疎水性液体は、上述した(つまり軽液排出口10fの項目で説明した)方法で再利用することができる。例えば、分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、水相100aからはカーボン含有率CAが非常に低い精製フライアッシュを回収することができる。例えば仕切り板35の開口率を10~50%とすることでカーボン含有率CAを最小で2質量%未満まで下げることができる。
The heavy
したがって、例えば分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、本実施形態による縦型多段接触分離装置10により、フライアッシュを精製フライアッシュと未燃カーボン濃縮物とに分離することができる。ここで、精製フライアッシュは親水性粒子300bである金属酸化物粒子を高い含有率で(言い換えれば未燃カーボン粒子を低い含有率で)含み、未燃カーボン濃縮物は疎水性粒子300aである未燃カーボン粒子を高い含有率で含む。したがって、フライアッシュを金属酸化物粒子と未燃カーボン粒子とに高い分離速度及び高い分離効率で分離することができる。
Therefore, for example, when the
<7.縦型多段接触分離装置の変形例>
図3に示す縦型多段接触分離装置10は、5段のミキサー部40と6段のセトラー部30とを有しているが、縦型多段接触分離装置10はこのような例に限られない。図9に縦型多段接触分離装置10の変形例を示す。本変形例に係る縦型多段接触分離装置10は、ミキサー部40として1段の粗分離ミキサー部40aを有し、セトラー部30として最上部セトラー部30a及び最下部セトラー部30bを有している。つまり、ミキサー部40及びセトラー部30の数が最小となっている。仕切り板35は、粗分離ミキサー部40aの上下にそれぞれ設けられている。
<7. Modification example of vertical multi-stage contact separation device>
The vertical multi-stage
他の構成要素は図3に示す例とほぼ同様である。つまり、本変形例に係る縦型多段接触分離装置10は、上記の他、縦型外壁管20、攪拌軸10a、攪拌翼10b、重液導入口10c、スラリー導入口10d、軽液導入口10e、軽液排出口10f、及びエマルジョン相排出口10gを有している。重液排出口10h、第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80は省略されている。なお、これらを設ける場合、重液排出口10hはエマルジョン相排出口10gの下方に設ければよい。一方、第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80は、軽液相500及び重液相700の種類に応じて適切に設置すればよい。例えば、軽液相500が水相100aとなり、重液相700が疎水性液体相となる場合、第1界面観察窓70は最上部セトラー部30aに、第2界面観察窓80は最下部セトラー部30bにそれぞれ設ければよい。一方、軽液相500が疎水性液体相となり、重液相700が水相100aとなる場合、第1界面観察窓70は最下部セトラー部30bに、第2界面観察窓80は最上部セトラー部30aにそれぞれ設ければよい(後述の実施例1も参照)。
本変形例においても、縦型多段接触分離装置10の内容物が軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に分離しており、各排出口からこれらの相を排出することができる。
The other components are almost the same as the example shown in FIG. That is, in the vertical multi-stage
Also in this modification, the contents of the vertical multi-stage
<8.縦型多段接触分離方法>
次に、図3~図10、図13に基づいて、縦型多段接触分離システム10Aを用いた縦型多段接触分離方法について説明する。図10は、縦型多段接触分離方法の大まかな手順を示すフローチャートである。
<8. Vertical multi-stage contact separation method>
Next, a vertical multi-stage contact separation method using the vertical multi-stage
(8-1.事前粉砕工程)
ステップS10において、事前粉砕工程を行う。この事前粉砕工程では、分離対象混合物310を事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000により事前攪拌及び粉砕することで、第1スラリー300を製造する。詳細は上述した通りであるので、ここでは概要のみ説明する。
(8-1. Pre-grinding process)
In step S10, a pre-grinding step is performed. In this pre-grinding step, the
まず、分離対象混合物310及び水を事前攪拌用ミキサー1000の容器1010の内部に導入する。ついで、事前攪拌用攪拌翼1020を回転させることにより、分離対象混合物310及び水または/および疎水性液体の混合液1030を激しく攪拌する。これにより、第0スラリーを製造する。第0スラリーは、図示しない配管を通ってビーズミル2000に送出される。
First, the
ついで、ビーズミル2000を用いて第0スラリー中の固形分(例えば内部に親水性粒子を内包した疎水性粒子)を湿式粉砕する。これにより、第1スラリー300を製造する。すなわち、疎水性粒子を粉砕し、疎水性粒子中に混入している親水性粒子を疎水性粒子から除去する。これにより、第1スラリー300においては、疎水性粒子から多くの親水性粒子が除去されている。
Then, using the
なお、事前粉砕工程(S10)の後に、第0スラリー中に予め疎水性液体を混合し、遊離した疎水性粒子(例えば未燃カーボン粒子)300aのほとんどを疎水性液滴200aの表層部に付着させ、エマルジョン粒子600aを形成させてもよい。
After the pre-grinding step (S10), the hydrophobic liquid is mixed in advance in the 0th slurry, and most of the liberated hydrophobic particles (for example, unburned carbon particles) 300a adhere to the surface layer portion of the
(8-2.スラリー導入工程、軽液導入工程、及び重液導入工程)
ステップS20において、スラリー導入工程、軽液導入工程、及び重液導入工程を行う。すなわち、まず、事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000を用いた事前粉砕工程によって製造された第1スラリー300を、スラリー導入口10dから縦型多段接触分離装置10内に導入する(スラリー導入工程)。一方、重液導入口10cから重液(水または水よりも比重が大きい疎水性液体)200を縦型多段接触分離装置10内に導入する(重液導入工程)。さらに、軽液導入口10eから軽液(水または水よりも比重が小さい疎水性液体)100を縦型多段接触分離装置10内に導入する(軽液導入工程)。
(8-2. Slurry introduction process, light liquid introduction process, and heavy liquid introduction process)
In step S20, a slurry introduction step, a light liquid introduction step, and a heavy liquid introduction step are performed. That is, first, the
(8-3.比重分離工程)
ステップS30において、比重分離工程を行う。具体的には、攪拌軸10aを回転させる。これにより、ミキサー部40によってミキサー部40内の内容物40c(図5参照)が攪拌され、セトラー部30内で内容物30cが静置される(図6参照)。各セトラー部30及びミキサー部40が上述した処理を行うことで、縦型多段接触分離システム10Aの内容物が上から軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に比重分離される。
(8-3. Specific gravity separation step)
In step S30, the specific gravity separation step is performed. Specifically, the stirring
各セトラー部30及びミキサー部40の機能の詳細は上述した通りなので、ここでは概要のみ説明する。まず、粗分離ミキサー部40aにおいて、第1スラリー300が疎水性液体(疎水性液滴200a)等と共に攪拌される。これにより、粗分離ミキサー部40a内では、特にエマルジョン粒子600aが生成される。
Since the details of the functions of the
なお、粗分離ミキサー部40a内で遊離した疎水性液滴200a及び疎水性粒子300aは、それらの比重によって上方または下方のセトラー部30に移動する。ついで、これらはセトラー部30内で比重分離されてさらに他のミキサー部40bに移動する。そして、他のミキサー部40b内で疎水性液滴200aの表層部に疎水性粒子300aが付着し、エマルジョン粒子600aとなる。
The
いずれかのミキサー部40内で生成されたエマルジョン粒子600aは、縦型多段接触分離装置10内を徐々に沈降もしくは上昇していき、最終的にはエマルジョン相600内に濃縮する。したがって、疎水性液体の比重が水より大きい場合、下側のミキサー部40におけるエマルジョン粒子600aの濃度は、上側のミキサー部40におけるエマルジョン粒子600aの濃度よりも大きい。または、疎水性液体の比重が水より小さい場合、上側のミキサー部40におけるエマルジョン粒子600aの濃度は、下側のミキサー部40におけるエマルジョン粒子600aの濃度よりも大きい。
The
疎水性粒子300aを取り込まなかった疎水性液滴200aは、その比重によって縦型多段接触分離装置10内の上端または下端に移動して合一し、軽液相500または重液相700となる。一方、水相100aは、その比重によって縦型多段接触分離装置10内の上端または下端に移動して合一し、軽液相500または重液相700となる。水相100a内には、親水性粒子300bが濃縮される。例えば、疎水性液体の比重が水より大きい場合、軽液相500が水相100aとなり、重液相700が疎水性液体相となる。
The
比重分離工程においては、後述する第1~第3回収工程を安定して行うために、作業者は、第1界面観察窓70を介してエマルジョン相600/軽液相500の界面110bを観察し、当該界面110bの位置(高さ)をなるべく一定レベルに維持することが好ましい(軽液相500が水相100aとなる場合)。同様に、第2界面観察窓80を介してエマルジョン相600/重液相700の界面110cを観察し、当該界面110cの位置(高さ)をなるべく一定レベルに維持することが好ましい(重液相700が疎水性液体相となる場合)。なお、軽液相500が疎水性液体相となり、重液相700が水相100aとなる場合、第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80の位置を入れ替えるか、図13に示す縦型多段接触分離装置10’を用いて図10に示す処理と同様の処理を行えばよい。
In the specific gravity separation step, in order to stably perform the first to third recovery steps described later, the operator observes the
ここで、エマルジョン相600/軽液相500の界面110bを一定レベルに維持する方法としては、エマルジョン相排出口10gからのエマルジョン排出量(引抜量)を調整する方法が挙げられる。また、エマルジョン相600/重液相700の界面110cを一定レベルに維持する方法としては、重液排出口10hからの重液排出量(引抜量)を調整する方法が挙げられる。
Here, as a method of maintaining the
(8-4.第1~第3回収工程)
ステップS40において、第1~第3回収工程を行う。具体的には、上記比重分離工程で分離された軽液相500を回収し(第1回収工程)、上記比重分離工程で分離されたエマルジョン相600を回収し(第2回収工程)、さらに上記比重分離工程で分離された重液相700も回収する(第3回収工程)。各工程の具体的な内容は上述した通りなので、ここでは概要のみ説明する。
(8-4. 1st to 3rd recovery steps)
In step S40, the first to third recovery steps are performed. Specifically, the light
水相100aは、軽液相500または重液相700として回収される。回収された水相100aは、水と固形分とに分離される。水は軽液100または重液200として再利用することができる。固形分はさらに乾燥することが好ましい。乾燥後の固形物は、その成分によって適宜再利用することができる。例えば分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、固形物は精製フライアッシュとなる。精製フライアッシュの用途は多肢に渡り、例えばコンクリート用原料、建材原料、セメント用原料等が挙げられる。精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは非常に低い(例えば仕切り板35の開口率を10~50%とすることでカーボン含有率CAを最小で2質量%未満まで下げることができる)ので、精製フライアッシュの品質は非常に高い。
The
疎水性液体相も、軽液相500または重液相700として回収される。回収された疎水性液体は軽液100または重液200として再利用することができる。回収された疎水性液体はそのまま再利用されてもよいが、遊離した疎水性粒子300a等が含まれている可能性があるので、任意の方法により洗浄した後に再利用することが好ましい。疎水性液体の洗浄の方法としては、所謂遠心分離の他、蒸留等が挙げられる。
The hydrophobic liquid phase is also recovered as the light
一方、回収されたエマルジョン相600は、まず遠心分離機、または、ろ過機能を有した遠心分離機、または、任意のセトラーを用いて固形分と液相とに分離される。液相の大部分は疎水性液体であるが、少量の水も混合されているので、蒸留等でこれらを分離した後に、軽液100または重液200として再利用することができる。あるいは、水及び疎水性液体は最終的には混合されるので、回収した液相をそのまま軽液100または重液200として再利用してもよい。
On the other hand, the recovered
一方、固形分には液体が残留しているので、固形分を乾燥することが好ましい。乾燥によって蒸発した液体は凝縮した後に上述した方法で疎水性液体と水に分離し(あるいはそのまま)、軽液100または重液200として再利用することができる。一方、乾燥後の固形物は、その成分によって適宜再利用することができる。例えば分離対象混合物310がフライアッシュとなる場合、固形物は未燃カーボン濃縮物となる。未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは非常に高い(例えば仕切り板35の開口率を10~50%とすることでカーボン含有率CCを大きくすることができ、例えば、軽液洗浄部60を2段にすると、70質量%超まで上げることができる)ので、未燃カーボン濃縮物の品質は非常に高い。未燃カーボン濃縮物は、例えば発電用、製鉄用、セメントクリンカー用の炭素材料等として再利用することができる。
On the other hand, since the liquid remains in the solid content, it is preferable to dry the solid content. The liquid evaporated by drying is condensed and then separated into a hydrophobic liquid and water (or as it is) by the method described above, and can be reused as a
以上説明した通り、本実施形態に係る縦型多段接触分離装置10は、例えば図3に示すような構成、特に複数のセトラー部30と少なくとも1つ以上のミキサー部40とを有するので、内容物を軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に分離することができる。ここで、軽液相500または重液相700が水相100aとなるので、水相100aからは疎水性粒子の含有率(例えばカーボン粒子の含有率CA)が非常に低い固形物(例えば精製フライアッシュ)を回収することができる。さらに、エマルジョン相600からは疎水性粒子の含有率(例えばカーボン粒子の含有率CC)が非常に高い固形物(例えば未燃カーボン濃縮物)を回収することができる。したがって、疎水性粒子と親水性粒子が混在する分離対象混合物から疎水性粒子と親水性粒子を効率よく分離することができる。さらに、特許文献1に記載されているような浮選方法とは異なり、単に第1スラリー300を含む内容物を攪拌するだけで相分離を行うことができ、後述する実施例に示されるように、数十秒で相分離がなされる。そして、各相から所望の物質を回収することができる。特に、エマルジョン相600から大量の疎水性粒子300aを回収することができる。したがって、疎水性粒子300aの分離速度も高めることができる。
As described above, the vertical multi-stage
より詳細に説明すると、上記特許文献1に記載の従来の浮選方法では、本実施形態のように比較的大量の疎水性液体を用いるのではなく、灯油、軽油等の捕集剤と起泡剤をわずかに用いて、比重が相対的に小さい疎水性粒子(未燃カーボン粒子101)を気泡103に付着させて浮上させていた(図15参照。)。このとき、水に添加される捕集剤及び起泡剤の添加量は、フライアッシュの質量に対して数質量%程度と微量である。しかし、かかる従来方法では、未燃カーボン粒子101の粒径が大きい場合には、未燃カーボン粒子101が気泡103に付着したとしても、気泡103から剥がれ易いため、浮上しにくくなり、分離し難い。この従来方法では、沈降しようとする未燃カーボン粒子101に気泡を付着させて、重力に逆らって無理矢理に浮上させようとしている。このため、浮上速度が非常に遅く、カーボン含有率を低含有率(例えば3質量%以下)まで低下させるまでの時間が1時間程度もかかるだけでなく、回収された親水性粒子(金属酸化物)中における未燃カーボン粒子101の含有率を目標値以下(例えば3質量%以下)に低下できない場合もあるなど、分離効率も悪いという問題があった。
More specifically, in the conventional flotation method described in
これに対し、本実施形態に係る分離方法は、上記特許文献1に記載の従来の浮選方法と比べて、疎水性粒子(例えば未燃カーボン粒子)300aをエマルジョン相600内に効率的に分離できるので、分離対象混合物310から疎水性粒子300aを分離する能力に優れる。よって、疎水性粒子300aの分離速度を大幅に高めることができるとともに、分離効率も向上できるので、水相100aから回収された固形物(例えば精製フライアッシュ)中における疎水性粒子300aの含有率(例えば精製フライアッシュ中のカーボン含有率CA)を大幅に低減できる。
On the other hand, in the separation method according to the present embodiment, hydrophobic particles (for example, unburned carbon particles) 300a are efficiently separated into the
さらに、本実施形態に係る縦型多段接触分離装置10は、スラリー導入口10dが設けられる粗分離ミキサー部40aと、最上部セトラー部30aとの間、及び、粗分離ミキサー部40aと、最下部セトラー部30bとの間のうち、少なくとも一方の領域に、1対以上の他のミキサー部40b及びセトラー部30dがさらに配置される。そして、これらのミキサー部40及びセトラー部30が交互に配置されている。したがって、疎水性粒子300aの分離速度及び分離効率をさらに高めることができる。
Further, in the vertical multi-stage
さらに、仕切り板35に形成された第2貫通孔35bの孔径が8~50mmであってもよく、開口率が10~50面積%であってもよい。この場合、疎水性粒子300aの分離速度及び分離効率をさらに高めることができる。
Further, the hole diameter of the second through
さらに、縦型多段接触分離装置10は、水相/エマルジョン相の界面及びエマルジョン相/疎水性液体相の界面(界面110b、110c)のうち、少なくとも一方を観察可能な観察窓(第1界面観察窓70または第2界面観察窓80)をさらに有する。したがって、作業者は、当該界面(界面110b、110c)をより容易に観察することができる。
Further, the vertical multi-stage
さらに、エマルジョン相/疎水性液体相の界面(界面110bまたは界面110c)を観察可能な観察窓は、表面に親水性官能基を有しない透明板であるか、または親水性官能基を有しない透明塗料で覆われている透明板である。このため、作業者は、当該界面をより容易に観察することができる。
Further, the observation window capable of observing the interface (
さらに、縦型多段接触分離装置10は、縦型多段接触分離装置10の内部において、いずれかの観察窓(図3の例では第1界面観察窓70)の上部、または、下部に内容物の流通を妨げる傘75を有する。したがって、作業者は、界面をより容易に観察することができる。
Further, the vertical multi-stage
さらに、軽液100が水、重液200が疎水性液体、分離対象混合物310がフライアッシュであってもよく、この場合、フライアッシュから未燃カーボン粒子をより高い分離速度及び分離効率で分離し、回収することができる。
Further, the
さらに、軽液100が疎水性液体、重液200が水、分離対象混合物310がフライアッシュであってもよく、この場合、フライアッシュから未燃カーボン粒子をより高い分離速度及び分離効率で分離し、回収することができる。
Further, the
さらに、縦型多段接触分離方法では、水相/エマルジョン相の界面及びエマルジョン相/疎水性液体相の界面のうち、少なくとも一方を一定レベルに保持するので、これらの相を安定して回収することができる。 Further, in the vertical multi-stage contact separation method, at least one of the interface of the aqueous phase / emulsion phase and the interface of the emulsion phase / hydrophobic liquid phase is maintained at a constant level, so that these phases should be recovered stably. Can be done.
さらに、軽液100が水、重液200が疎水性液体、分離対象混合物310がフライアッシュであり、粗分離ミキサー部40aよりも下方において、水相/エマルジョン相の界面を一定レベルに保持してもよい。これにより、作業者は、水相/エマルジョン相の界面をより容易に観察することができ、ひいては容易に一定レベルに保持することができる。
Further, the
さらに、軽液100が疎水性液体、重液200が水、分離対象混合物310がフライアッシュであり、粗分離ミキサー部40aよりも上方において、水相/エマルジョン相の界面を一定レベルに保持してもよい。これにより、作業者は、水相/エマルジョン相の界面をより容易に観察することができ、ひいては容易に一定レベルに保持することができる。
Further, the
さらに、分離対象混合物をビーズミルで事前粉砕(予備粉砕)した後に縦型多段接触分離装置10に導入してもよい。この場合、疎水性粒子300aの分離速度及び分離効率をさらに高めることができる。
Further, the mixture to be separated may be pre-pulverized (pre-pulverized) with a bead mill and then introduced into the vertical multi-stage
つぎに、本実施形態の実施例について説明する。本実施例では、本実施形態の効果を確認するために、以下の実験を行った。もちろん、本発明は以下に説明する実施例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。特に、諸元として示される縦型多段接触分離装置の仕様はあくまで本実施形態の一例に過ぎない。 Next, an embodiment of the present embodiment will be described. In this example, the following experiments were carried out in order to confirm the effect of this embodiment. Of course, the present invention is not limited to the examples described below. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention. In particular, the specifications of the vertical multi-stage contact separation device shown as specifications are merely an example of this embodiment.
<1.縦型多段接触分離装置の共通の仕様>
まず、以下で説明する縦型多段接触分離装置の共通の仕様について説明する。これらの仕様は以下の通りである。
・縦型外壁管の内径:81.1mm
・ミキサー部40の高さ:50mm
・セトラー部の高さ:50mm、100mm、または150mm(ミキサー部40からの噴流は概ね30mm程度と推定されるので、エマルジョン粒子の600aの沈降を促進するために最低50mmとした。界面制御を行うセトラー部30の高さは100mmまたは150mmとした。)
・仕切り板35
・第1貫通孔35aの孔径:20mm
・第2貫通孔35bの孔径:12mm
(仕切り板1枚当たりの数は0~24の間で実施例毎に調整、仕切り板35の開口率は5~60面積%の間で実施例毎に調整)
・支柱35c:直径6mm×3箇所(仕切り板1枚当たり)
・攪拌軸10a及び攪拌翼10b
・攪拌軸10aは図3に示すように少なくとも縦型多段接触分離装置10の上端から下端まで伸びており、さらに縦型多段接触分離装置10の上端から上方に伸びている。
・攪拌軸10aの直径:8mm
(したがって攪拌軸10aの周面と第1貫通孔35aの内壁面との間の隙間は12mm)
・攪拌翼10bの直径(対向する攪拌ブレード10b-2の先端間の距離):50mm
・攪拌ブレード10b-2の高さ:10mm、攪拌ブレード10b-2の幅(攪拌棒10b-1の長さ方向(攪拌翼10bの径方向)の長さ):12.5mm
・攪拌翼10bの数:ミキサー部に各1個(攪拌ブレード10b-2が各攪拌翼10bに6枚)
<1. Common specifications of vertical multi-stage contact separation device>
First, the common specifications of the vertical multi-stage contact separation device described below will be described. These specifications are as follows.
・ Inner diameter of vertical outer wall pipe: 81.1 mm
-Height of mixer unit 40: 50 mm
Height of settler portion: 50 mm, 100 mm, or 150 mm (Since the jet flow from the
・
-Hole diameter of the first through
-Hole diameter of the second through
(The number per partition plate is adjusted for each example between 0 and 24, and the aperture ratio of the
-
・ Stirring
As shown in FIG. 3, the stirring
-Diameter of stirring
(Therefore, the gap between the peripheral surface of the stirring
Diameter of stirring
The height of the
-Number of stirring
<2.実施例1>
実施例1では、分離対象混合物310としてフライアッシュを使用し、本実施形態による分離効率及び分離速度を考察した。
<2. Example 1>
In Example 1, fly ash was used as the mixture to be separated 310, and the separation efficiency and the separation rate according to the present embodiment were considered.
(2-1.縦型多段接触分離装置の仕様)
実施例1に係る縦型多段接触分離装置10の構成を図14に示す。図14に示すように、実施例に1に係る縦型多段接触分離装置10は、縦型多段接触分離装置10’を簡略化した構成となっている。具体的には、この縦型多段接触分離装置10では、ミキサー部40を粗分離ミキサー部40aのみの1段とし、その上下に最上部セトラー部30a、最下部セトラー部30bをそれぞれ配置した。最上部セトラー部30a、粗分離ミキサー部40a、及び最下部セトラー部30bの高さはそれぞれ150mm、50mm、100mmとした。
(2-1. Specifications of vertical multi-stage contact separation device)
FIG. 14 shows the configuration of the vertical multi-stage
仕切り板35には仕切り板1枚当たり第2貫通孔35bを12箇所形成し、各仕切り板35の開口率を32面積%とした。攪拌軸10aの回転速度は500rpm(周速:1.28m/sec)とした。
The
最上部セトラー部30aに第2界面観察窓80を設置し、最下部セトラー部30bに第1界面観察窓70を設けた。第2界面観察窓80はポリプロピレンでコーティングしたガラス板とし、第1界面観察窓70はガラス板とした。
The second
重液導入口10c、スラリー導入口10d、及び軽液導入口10eはすべて粗分離ミキサー部40aに設けた。ただし、設置の順番は上から重液導入口10c、スラリー導入口10d、及び軽液導入口10eとした。重液200を水とし、軽液100をn-ヘキサン(比重:0.65)とした。したがって、軽液相500が疎水性液体相となり、重液相700が水相100aとなる。
The heavy
軽液排出口10fは最上部セトラー部30aの上端近傍に、エマルジョン相排出口10gは最上部セトラー部30aの下端近傍(軽液相500とエマルジョン相600との界面110bより、少しエマルジョン相600側)に、重液排出口10hは最下部セトラー部30bの下端近傍にそれぞれ設けた。これら以外の仕様は上記<1.縦型多段接触分離装置の共通の仕様>で述べた仕様と同様とした。
The light
(2-2.縦型多段接触分離装置を用いた操業)
上述した仕様の縦型多段接触分離装置10を用いてフライアッシュを精製フライアッシュと未燃カーボン濃縮物に分離する操業を行った。具体的には、重液導入口10c、スラリー導入口10d、及び軽液導入口10eから、水を0.3L/min、第1スラリー(フライアッシュスラリー)300を0.2L/min、n-ヘキサンを0.4L/min、の流量で粗分離ミキサー部40a内に導入した。ここで、第1スラリー300は、フライアッシュに対して上述した事前粉砕工程(事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000を用いた事前粉砕工程)を行うことで製造されたものである。第1スラリー300の濃度は250g/Lであった。なお、実施例1で使用したフライアッシュのカーボン含有率は8.5質量%であった。
(2-2. Operation using a vertical multi-stage contact separation device)
An operation was performed to separate fly ash into purified fly ash and unburned carbon concentrate using the vertical multi-stage
なお、事前粉砕工程では、事前攪拌用ミキサー1000を用いてフライアッシュ及び水を混合することでフライアッシュを第0スラリーとした。ついで、第0スラリー1Lを、直径500μmのジルコニアビーズ1kgを入れたビーズミル2000内に投入し、1500rpmで10分攪拌した。これにより、フライアッシュを粉砕し、第1スラリー300を製造した。なお、第1スラリー300の製造方法は後述の実施例2、3でも同様とした。
In the pre-grinding step, the fly ash was made into the 0th slurry by mixing the fly ash and water using the
操業中、作業者は、第2界面観察窓80を介してエマルジョン相600/軽液相500の界面110b(ここではエマルジョン相/疎水性液体相の界面)を観察した。そして、作業者は、当該界面110bが最上部セトラー部30a内で一定レベルになるように(つまり、界面110bがエマルジョン相排出口10gの上方で一定レベルとなるように)、エマルジョン相排出口10gからのエマルジョン相600の引抜量を調整した。この際、作業者は、軽液相500の液面500bが軽液排出口10fの直上に配置されるように留意した。
During the operation, the operator observed the
一方、作業者は、第1界面観察窓70を介してエマルジョン相600/重液相700の界面110c(ここではエマルジョン相/水相の界面)を観察した。そして、作業者は、当該界面110cが最下部セトラー部30b内で一定レベルになるように(つまり、界面110cが重液排出口10hの上方で一定レベルとなるように)、重液排出口10hからの水相100a(つまり重液相700)の引抜量を調整した。この際、作業者は、軽液相500の液面500bが軽液排出口10fの直上に配置されるように留意した。
On the other hand, the operator observed the
エマルジョン相排出口10gから引き抜いたエマルジョン相600を、ろ過機能を有した遠心分離機で固液分離し、回収した脱水ケーキ(固形分)を105℃で乾燥させ、固形物(未燃カーボン濃縮物)を回収した。そして、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCを測定した。
The
また、重液排出口10hから引き抜いた水相100aを、ろ過機能を有した遠心分離機で固液分離し、回収した脱水ケーキ(固形分)を105℃で乾燥させ、固形物(精製フライアッシュ)を回収した。そして、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAを測定した。未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは43質量%で、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは1.2質量%であり、フライアッシュ中の未燃カーボン粒子が効率よく分離できていることが判明した。また、操業を開始して数十秒のうちには縦型多段接触分離装置10の内容物が軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に分離したので、分離速度も高くなった。
Further, the
<3.実施例2>
実施例2では、第1界面観察窓70及び第2界面観察窓80をいずれもステンレス板とした他は、実施例1と同様の操業を行った。したがって、実施例2では、作業者は、界面110b、110cを観察することができないので、上述したような界面110b、110cの制御を行うことができない。
<3. Example 2>
In Example 2, the same operation as in Example 1 was performed except that the first
実施例2の操業当初では、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは45質量%であり、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは1.4質量%であり、フライアッシュ中の未燃カーボン粒子を効率よく分離できていた。ただ、操業を継続していくと、エマルジョン相600の一部が最下部セトラー部30bの重液排出口10hから排出されるようになった。これは、エマルジョン相600/重液相700の界面110c(ここではエマルジョン相/水相の界面)が操業当初から低下したためであると考えられる。
At the beginning of the operation of Example 2, the carbon content CC in the unburned carbon concentrate was 45% by mass, the carbon content CA in the refined fly ash was 1.4% by mass, and the carbon content in the fly ash was 1.4% by mass. The unburned carbon particles could be separated efficiently. However, as the operation was continued, a part of the
このため、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは43質量%とほとんど変わらなかったが、精製フライアッシュ中のカーボン含有率は、操業当初から4.3質量%と上昇した。このため、実施例1と比較するとフライアッシュ中の未燃カーボン粒子の分離効率が若干低下した。ただし、フライアッシュのカーボン含有率が8.5質量%であることを考慮すると、実施例2においてもフライアッシュから効率よく未燃カーボン粒子を分離できていることになる。 Therefore, the carbon content CC in the unburned carbon concentrate was almost the same as 43% by mass, but the carbon content in the refined fly ash increased to 4.3% by mass from the beginning of the operation. Therefore, the separation efficiency of unburned carbon particles in fly ash was slightly lower than that of Example 1. However, considering that the carbon content of the fly ash is 8.5% by mass, it means that the unburned carbon particles can be efficiently separated from the fly ash in the second embodiment as well.
<4.実施例3>
実施例3では、仕切り板35の開口率を変動させることで、好ましい開口率を確認した。具体的な試験方法は以下の通りである。
<4. Example 3>
In Example 3, a preferable aperture ratio was confirmed by varying the aperture ratio of the
(4-1.縦型多段接触分離装置の仕様)
実施例3に係る縦型多段接触分離装置10の全体構成は図3の例と同様とした。すなわち、粗分離ミキサー部40aを1段形成し、その上方にそれぞれ2組のミキサー部40及びセトラー部30を設けた。粗分離ミキサー部40aの上方の2組のミキサー部40及びセトラー部30は重液洗浄部50となり、下方の2組のミキサー部40及びセトラー部30は軽液洗浄部60となる。さらに、重液洗浄部50の上方に最上部セトラー部30aを配置し、軽液洗浄部60の下方に最下部セトラー部30bを配置した。ミキサー部40とセトラー部30との間には仕切り板35を配置した。
(4-1. Specifications of vertical multi-stage contact separation device)
The overall configuration of the vertical multi-stage
最上部セトラー部30a、最下部セトラー部30bの高さはいずれも100mmとした。他のセトラー部30dの高さは50mmとした。粗分離ミキサー部40aを含め、ミキサー部40の高さは50mmとした。
The heights of the
実施例3では、仕切り板35の開口率が5~60%の間で異なる複数種類の水準を設定し、各水準で操業を行った。開口率の調整は第2貫通孔35bの数を0~24個の間で変動させることで調整した。なお、同一水準内では各仕切り板35の開口率は同一とした。攪拌軸10aはいずれの水準においても500rpm(周速:1.28m/sec)で回転させた。
In Example 3, a plurality of different levels with different aperture ratios of the
第1界面観察窓70は、粗分離ミキサー部40aの直下のセトラー部30(すなわち観察用セトラー部30e)に設置し、第2界面観察窓80は最下部セトラー部30bに設けた。第1界面観察窓70の材質はガラス板とし、第2界面観察窓80の材質はポリプロピレンでコーティングしたガラス板とした。
The first
重液導入口10cは最上部セトラー部30aの直下のミキサー部40に設置し、スラリー導入口10dは粗分離ミキサー部40aに設置し、軽液導入口10eは最下部セトラー部30bに設けた。重液200を1-ブロモプロパン(比重1.35)とし、軽液100を水とした。したがって、軽液相500が水相100aとなり、重液相700が疎水性液体相となる。
The heavy
軽液排出口10fは最上部セトラー部30aの上端近傍に、エマルジョン相排出口10gは最下部セトラー部30bの高さ方向のやや上寄りに、重液排出口10hは最下部セトラー部30bの下端近傍にそれぞれ設けた。
The light
なお、後述の操業中に作業者が第2界面観察窓80を介してエマルジョン相600/重液相700の界面110cを観察したところ、重液相700(すなわち疎水性液体相)とエマルジョン相600との界面110cにおいて、相間を流動する粒子はほとんど見受けられなかった。このため、最下部セトラー部30bには傘は設置しなかった。
When the operator observed the
一方、観察用セトラー部30e内の上部(より具体的には、エマルジョン相600/軽液相500の界面110b上部)には、界面110bの上部から落下するエマルジョン粒子600aを抑制するために、傘75を設けた。これら以外の仕様は上記<1.縦型多段接触分離装置の共通の仕様>で述べた仕様と同様とした。
On the other hand, in the upper part of the
(4-2.縦型多段接触分離装置を用いた操業)
上述した仕様の縦型多段接触分離装置10を用いてフライアッシュを精製フライアッシュと未燃カーボン濃縮物に分離する操業を行った。なお、実施例3では複数水準の縦型多段接触分離装置10が用意されるので、これらの縦型多段接触分離装置10に対して同様の操業を行った。
(4-2. Operation using a vertical multi-stage contact separation device)
An operation was performed to separate fly ash into purified fly ash and unburned carbon concentrate using the vertical multi-stage
具体的には、重液導入口10c、スラリー導入口10d、及び軽液導入口10eから、それぞれ1-ブロモプロパンを0.4L/min、第1スラリー(フライアッシュスラリー)を0.2L/min、水を0.3L/minの流量で縦型多段接触分離装置10内に導入した。ここで、第1スラリー300は、フライアッシュに対して上述した事前粉砕工程(事前攪拌用ミキサー1000及びビーズミル2000を用いた事前粉砕工程)を行うことで製造されたものである。第1スラリー300の濃度は250g/Lであった。なお、実施例3で使用したフライアッシュのカーボン含有率は8.5質量%であった。
Specifically, from the heavy
操業中、作業者は、第1界面観察窓70を介してエマルジョン相600/軽液相500の界面110b(ここではエマルジョン相/水相100aの界面)を観察した。そして、作業者は、当該界面110bが傘75の下方で一定レベルになるように、エマルジョン相排出口10gからのエマルジョン相600の引抜量を調整した。この際、作業者は、軽液相500の液面500bが軽液排出口10fの直上に配置されるように留意した。
During the operation, the operator observed the
一方、作業者は、第2界面観察窓80を介してエマルジョン相600/重液相700の界面110c(ここではエマルジョン相/疎水性液体相の界面)を観察した。そして、作業者は、当該界面110cが最下部セトラー部30b内で一定レベルになるように(つまり、界面110cがエマルジョン相排出口10gの下方かつ重液排出口10hの上方で一定レベルとなるように)、重液排出口10hからの重液相700の引抜量を調整した。この際、作業者は、軽液相500の液面500bが軽液排出口10fの直上に配置されるように留意した。
On the other hand, the operator observed the
エマルジョン相排出口10gから引き抜いたエマルジョン相600を、ろ過機能を有した遠心分離機で固液分離し、回収した脱水ケーキ(固形分)を105℃で乾燥させ、固形物(未燃カーボン濃縮物)を回収した。そして、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCを測定した。
The
また、軽液排出口10fから引き抜いた水相100aを、ろ過機能を有した遠心分離機で固液分離し、回収した脱水ケーキ(固形分)を105℃で乾燥させ、固形物(精製フライアッシュ)を回収した。そして、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAを測定した。
Further, the
以上の操業を全ての水準に対して行った。なお、いずれの水準(HRT(水理学的滞留時間)は約70秒と短時間)においても、縦型多段接触分離装置10の内容物が軽液相500、エマルジョン相600、及び重液相700に分離したので、分離速度は高いと言える。
The above operations were performed for all standards. At any level (HRT (hydraulic residence time) is as short as about 70 seconds), the contents of the vertical multi-stage
さらに、水準毎に未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CC及び精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAを算出した。さらに、これらの比、すなわちカーボン含有率比CC/CAを算出した。結果を図11及び図12に示す。 Furthermore, the carbon content CC in the unburned carbon concentrate and the carbon content CA in the refined fly ash were calculated for each level. Furthermore, these ratios, that is, the carbon content ratio C C / CA , were calculated. The results are shown in FIGS. 11 and 12.
図11の横軸は各水準における仕切り板35の開口率(面積%)を示し、縦軸は未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCまたは精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAを示す。点P100は各水準における仕切り板35の開口率と未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCの実測値を示し、グラフL10は点P100を連結したものである。点P200は各水準における仕切り板35の開口率と精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAの実測値を示し、グラフL20は点P200を連結したものである。
The horizontal axis of FIG. 11 shows the opening ratio (area%) of the
図12の横軸は各水準における仕切り板35の開口率(面積%)を示し、縦軸はカーボン含有率比CC/CA(質量%/質量%)を示す。点P300は各水準における仕切り板35の開口率とカーボン含有率比CC/CAの実測値を示し、グラフL30は点P300を連結したものである。
The horizontal axis of FIG. 12 shows the opening ratio (area%) of the
図11及び図12によれば、開口率が10~50面積%となる場合に、各セトラー部30でエマルジョン粒子600aはセトラー部30の下方(すなわち仕切り板35上)で濃縮し、セトラー部30の上部では水相100aと酸化物粒子がほとんどとなった(図6参照)。
According to FIGS. 11 and 12, when the aperture ratio is 10 to 50 area%, the
さらに、ミキサー部40から送られる適度な噴流により、セトラー部30の下方に濃縮したエマルジョン粒子600aは流動しつつも、セトラー部30の下方で濃縮し、この部分に堆積することなく、セトラー部30の下方の仕切り板35に設けられた第1貫通孔35a及び第2貫通孔35bを介して下方のミキサー部40へ移動していることがわかった。
Further, the
その結果、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは低く、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは高くなった。すなわち、これらの比(カーボン含有率比)CC/CAの値が20(質量%/質量%)以上となった。例えば、開口率32%のときには、カーボン含有率比CC/CAが45.0(質量%/質量%)と高くなっている。 As a result, the carbon content CA in the refined fly ash was low, and the carbon content C C in the unburned carbon concentrate was high. That is, the value of these ratios (carbon content ratio) C C / CA was 20 (mass% / mass%) or more. For example, when the aperture ratio is 32%, the carbon content ratio C C / CA is as high as 45.0 (mass% / mass%).
一方、開口率が10%未満となる場合にも、セトラー部30の下方で濃縮したエマルジョン粒子は、セトラー部30の下部に濃縮するが、これらのエマルジョン粒子600aは下方のミキサー部40に移動しにくくなった。このため、エマルジョン粒子600aは(セトラー部30の下方のミキサー部40から与えられる噴流により)徐々に縦型多段接触分離装置10の上方に移動し、最終的には軽液排出口10fから排出される水相100aにエマルジョン粒子600aが混じるようになった。このため、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAが高くなった。一方、重液排出口10hから排出された疎水性液体相から回収された未燃カーボン粒子はわずかであり、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCは開口率が10~50面積%となる場合と大差なかった。したがって、カーボン含有率比CC/CAは低下した。それでも、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは8.0質量%未満であり、当初のフライアッシュのカーボン含有率が8.5質量%であることを考慮すると、この場合であってもフライアッシュから未燃カーボン粒子が除去できていることになる。
On the other hand, even when the aperture ratio is less than 10%, the emulsion particles concentrated under the
一方、開口率が50%超となる場合、ミキサー部40からセトラー部30に与えられる噴流が大きくなるので、セトラー部30内でエマルジョン粒子600aが沈降しにくくなる。この結果、このため、エマルジョン粒子600aは(セトラー部30の下方のミキサー部40から与えられる噴流により)徐々に縦型多段接触分離装置10の上方に移動し、最終的には軽液排出口10fから排出される水相100aにエマルジョン粒子600aが混じるようになった。このため、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAが高くなった。さらに、未燃カーボン濃縮物中のカーボン含有率CCも低下した。したがって、カーボン含有率比CC/CAは低下した。それでも、精製フライアッシュ中のカーボン含有率CAは6.0質量%未満であり、当初のフライアッシュのカーボン含有率が8.5質量%であることを考慮すると、この場合であってもフライアッシュから未燃カーボン粒子が除去できていることになる。
On the other hand, when the aperture ratio exceeds 50%, the jet flow given from the
したがって、仕切り板35の開口率によらずフライアッシュから効率よく未燃カーボン粒子を除去できているが、仕切り板35の開口率が10~50面積%となる場合に、特に分離効率が良好になるといえる。
Therefore, unburned carbon particles can be efficiently removed from the fly ash regardless of the opening ratio of the
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.
10A 縦型多段接触分離システム
10 縦型多段接触分離装置
10a 攪拌軸
10b 攪拌翼
10c 重液導入口
10d スラリー導入口
10e 軽液導入口10
10f 軽液排出口
10g エマルジョン相排出口
10h 重液排出口
20 縦型外壁管
30 セトラー部
30a 最上部セトラー部
30b 最下部セトラー部
35 仕切り板
35a 第1貫通孔
35b 第2貫通孔
35c 支柱
40 ミキサー部
40a 粗分離ミキサー部
70 第1界面観察窓
75 傘
80 第2界面観察窓
100 軽液
100a 水相
200 重液
200a 疎水性液滴
300a 疎水性粒子
300b 親水性粒子
500 軽液相
600 エマルジョン相
600a エマルジョン粒子
700 重液相
10A Vertical multi-stage
10f Light
Claims (13)
前記疎水性粒子、前記親水性粒子、軽液、及び前記軽液よりも比重が大きい重液を含み、前記重液及び前記軽液のうち、一方は水、他方は疎水性液体である内容物を収容する縦型外壁管と、
前記縦型外壁管内に上下方向に配置された複数のセトラー部と、
複数の前記セトラー部の間に配置され、前記内容物を攪拌する少なくとも1つ以上のミキサー部と、
前記セトラー部と前記ミキサー部とを仕切り、かつ前記内容物を前記ミキサー部と前記セトラー部との間で流通させるための貫通孔を有する仕切り板と、
最下部の前記セトラー部である最下部セトラー部の上方かつ直近の前記ミキサー部内に前記軽液を導入する軽液導入口と、
最上部の前記セトラー部である最上部セトラー部の下方かつ直近の前記ミキサー部内に前記重液を導入する重液導入口と、
前記分離対象混合物、前記分離対象混合物が水中に分散したスラリー、または事前粉砕された前記分離対象混合物が水中に分散したスラリーをいずれかの前記ミキサー部内に導入するスラリー導入口と、
前記縦型外壁管内に形成された水相、エマルジョン相、及び疎水性液体相のうち、少なくとも前記水相及び前記エマルジョン相をそれぞれ排出する排出口と、を備えることを特徴とする、縦型多段接触分離装置。 A vertical multi-stage contact separation device that separates the hydrophobic particles and the hydrophilic particles from the mixture to be separated in which the hydrophobic particles and the hydrophilic particles are mixed.
A content containing the hydrophobic particles, the hydrophilic particles, a light liquid, and a heavy liquid having a higher specific gravity than the light liquid, and one of the heavy liquid and the light liquid is water and the other is a hydrophobic liquid. With a vertical outer wall tube that houses
A plurality of settler portions arranged in the vertical direction in the vertical outer wall tube,
At least one mixer unit arranged between the plurality of settler units and agitating the contents, and a mixer unit.
A partition plate that partitions the settler portion and the mixer portion and has a through hole for distributing the contents between the mixer portion and the settler portion.
A light liquid introduction port for introducing the light liquid into the mixer section above and near the bottom settler section, which is the lowermost settler section.
A heavy liquid introduction port for introducing the heavy liquid into the mixer part below and near the uppermost settler part, which is the uppermost settler part.
A slurry introduction port for introducing the mixture to be separated, a slurry in which the mixture to be separated is dispersed in water, or a slurry in which the pre-pulverized mixture to be separated is dispersed in water into any of the mixer units.
Among the aqueous phase, emulsion phase, and hydrophobic liquid phase formed in the vertical outer wall tube, at least the aqueous phase and the discharge port for discharging the emulsion phase are provided. Contact separation device.
当該観察窓は、表面に親水性官能基を有しない透明板であるか、または親水性官能基を有しない透明塗料で覆われている透明板であることを特徴とする、請求項4記載の縦型多段接触分離装置。 The vertical multi-stage contact separation device has an observation window capable of observing the interface between the emulsion phase and the hydrophobic liquid phase.
The observation window according to claim 4, wherein the observation window is a transparent plate having no hydrophilic functional group on its surface, or a transparent plate covered with a transparent paint having no hydrophilic functional group. Vertical multi-stage contact separation device.
前記スラリー導入口が設けられる前記ミキサー部よりも下方において、前記水相と前記エマルジョン相との界面を一定レベルに保持することを特徴とする、請求項10記載の縦型多段接触分離方法。 The light liquid is water, the heavy liquid is a hydrophobic liquid, and the mixture to be separated in which the hydrophobic particles and the hydrophilic particles are mixed is fly ash.
The vertical multi-stage contact separation method according to claim 10, wherein the interface between the aqueous phase and the emulsion phase is maintained at a constant level below the mixer portion provided with the slurry introduction port.
前記スラリー導入口が設けられる前記ミキサー部よりも上方において、前記水相と前記エマルジョン相との界面を一定レベルに保持することを特徴とする、請求項10記載の縦型多段接触分離方法。 The light liquid is a hydrophobic liquid, the heavy liquid is water, and the mixture to be separated in which the hydrophobic particles and the hydrophilic particles are mixed is fly ash.
The vertical multi-stage contact separation method according to claim 10, wherein the interface between the aqueous phase and the emulsion phase is maintained at a constant level above the mixer portion provided with the slurry introduction port.
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