JP2566503B2 - 粉体の混合方法及び造粒方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は窯業、食品工業、化学工
業などの各種産業分野に適用できる粉体の混合方法及び
造粒方法に関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】粉体を均一に混合すること
は、特別の場合を除いて困難であり、また工程が複雑で
コスト高となる。これは、粉体は体積に比べて表面積が
大きく隣り合った粒子同士が凝集し易く、均一な混合を
妨げるからである。ちなみに凝集の度合は、粉体の原料
組成や割合、粒子径、粉砕された粒子の形態、粗砕の程
度と粒度分布、粉体の製造方法（機械的な粉砕を例にと
ると、磨耗粉砕と衝撃粉砕では粒子表面の構造の乱れの
程度が異なる）などによって変化する。

【０００３】工業的規模で粉体を均一に混合及び造粒す
る場合、粉体の凝集防止対策が必要であり、現在実施さ
れている代表的な例を揚げると、次の（１）〜（３）の
通りである。

【０００４】（１） 容器内に、粉体と添加剤、硬質ボ
ールなどをいれて容器を回転させて混合させる。または
固定容器内で、攪拌羽根を回転させて混合する方法。

【０００５】（２） 容器内に粉体と気体を同時に供給
して、いったん気流中に分散させて凝集力を弱め気流中
で分散混合および造粒する方法。

【０００６】（３） 粉体を水中で泥漿にして、粒子間
の凝集力を弱め水と粒子を一体にして混合および造粒を
する方法。

【０００７】（１）の混合方法として、ドラム型、ボー
ルミル型などと言われている、主にセメントの製造を代
表例として揚げることができる。この方法では粉体が凝
集した状態のまま機械的に強制混合されるので、粉体と
水や溶剤を入れて数時間の乾式混合、次に添加剤を入れ
て数時間の湿式混合を行うことが必要になり、時間がか
かり、生産がコスト高となるという問題点があった。

【０００８】（２）の混合造粒方法の具体例として次の
（イ）〜（ホ）を揚げることができる。

【０００９】（イ） 特開昭５５−８８８３４号 下部にある投入口から、粉体と大気流を同時に投入し容
器内の螺旋状羽根を大気流によって回転させ、粉体が羽
根に衝突することによって混合し、上部の排出口から粉
体と大気流を同時に排出させる方法。

【００１０】（ロ） 特開昭６０−１６１７２１号・１
６１７２２号 容器に、らせん気流発生装置のある投入口から、粉体と
気流を供給しサイクロン容器の形状によっての回転気流
また下部からの気圧調整装置を通過させることによって
分散混合し、気体を上部の排出口から排出し、粉体は下
部より取り出して捕集する方法。

【００１１】（ハ） 特開平１−１５９０３９号 下部からガスを供給して粉体を浮遊させて混合させ、上
部にある排出口に接続された集塵装置のバッグフィルタ
ーで、粉体を捕集しガス気流はファンで排出する方法。

【００１２】（ニ） 特開平２−１５７０３３号 縦型円筒状の中心軸回りに回転される攪拌羽根と、底下
部にある攪拌羽根および下部からの圧力空気などによっ
て、粉体を分散混合して上部から粉体と気流を同時に排
出させる方法。

【００１３】（ホ） 特開平２−２５１２５４号 縦型円筒状の中心軸回りに回転される攪拌羽根と、底下
部にある攪拌羽根によって回転流動される攪拌用ボール
および下部からの圧力空気などによって、粉体を分散混
合して上部から粉体と気流を同時に排出させる方法。

【００１４】（イ）〜（ホ）で共通しているのは、粉体
の凝集力を弱めるために容器内に外部から気流を供給し
て粉体を強制分散させていることであり、そのために混
合作業の終了後に、膨大な量の粉体と気体を次工程に向
け搬送し、粉体を気体から分離しなければならず、次の
通りの問題点を生ずる。

【００１５】ａ．空気、ガスなどを供給する装置が必要
で設備が複雑化、高価である。

【００１６】ｂ．バッグフィルター、サイクロン、各種
空気清浄装置などの粉体と気体の分離装置が必要であ
り、諸設備が複雑化し高価になり、設置面積も大きくな
る。

【００１７】ｃ．粉体が気流化した気体と一緒に排出す
るため、比重の低い粉体、粒子の形態や分布に影響し
て、均一な混合がされにくい。

【００１８】ｄ．容器内の気流によって混合する方式で
あるので、混合が不十分でも粉体は気流とともに次工程
に連続的に排出されて行き、混合が不十分である。

【００１９】ｅ．粉体を容器内に供給し、排出するまで
の所要時間が混合時間（通過方式）となるため、均一に
混合ができにくい。即ち容器などの設備を大型にして混
合時間を長くしなければならない。（粉体が容器内を通
過する時間を長くしなければならない） （３）の粉体を水中で、泥漿分散させて混合する方法に
ついては、主にタイル製造などの大量生産に使用される
方法としては、フィルタープレス後、乾燥させ粉砕しペ
レット状にしてふるい機を通して使用する方法やスプレ
ードライヤー法などがある。

【００２０】この場合、例えばスプレードライヤー法を
適用すれば、原料粉体は水溶液中に均一に分散するの
で、均一混合状態下での造粒が可能になる。即ち、スプ
レードライヤー法は原料粉体と水溶性バインダーとを溶
液中で均一に混合しスラリー状となったものを、上部か
ら噴射霧化して落下させ、この落下の間に下部及び側部
より供給される熱風を利用して乾燥し造粒を行う方法で
あり、この方法によれば球状で流動性の良い均質な団粒
を得ることができる。しかしながらこの方法は次のよう
な問題点がある。

【００２１】ａ．瞬時に乾燥する方法であるため、中空
状の造粒粒子になり易く、団粒の移動中に粉砕し易い。
また嵩比重の高いものが得られにくい。

【００２２】ｂ．スラリーの状態から水分を蒸発させる
ため、大きな熱エネルギーを必要とし、その割りには処
理能力が低いためコスト高となる。

【００２３】ｃ．スラリーの噴霧、乾燥、造粒に広い処
理空間を必要とするので、装置が大型になり且つ広い設
置スペースを必要とし、設備費が高価となる。

【００２４】また、造粒については一般に微粉で流動性
の悪い粉体の取り扱い性を向上するなどの目的で、付着
性の低い物質を造粒し、その粉体表面を改質し流動性を
改善すること、また複数の混合された粉体に溶液を付着
させる方法で行われている。

【００２５】造粒方法の例としては、次の通りである。

【００２６】（イ）特開昭６２−６５７２９号 円筒状の底部にある多孔板の回転などと、圧縮空気によ
り浮遊された粉体が上部から溶剤スプレーされ多孔板の
小孔に入り押し付けて造粒する方法。

【００２７】（ロ）特開平１−１３５５２４号 回転する容器に複数のノズルから溶剤を噴霧して混合お
よび造粒を行う方法。

【００２８】しかしながら、これらの造粒方法において
も次のような問題点がある。

【００２９】（イ）の場合 ａ．押し付けて造粒するので、流動性のよい球状の団粒
が得られにくい。

【００３０】また、多孔板の小孔などが目詰まり状態に
なり易い。

【００３１】ｂ．エアーフィルターや排気装置などの付
属装置が必要で、設備が大きくなる。

【００３２】その割りには、処理能力が低いためコスト
高になる。

【００３３】ｃ．粉体を循環させる方法の、回転多孔
板、攪拌バー、圧縮熱風などでは粉体が団粒になるにつ
れて粉体が自由に分散移動されにくく造粒品が不十分の
状態になる。

【００３４】（ロ）の場合 ａ．構造上ノズルの付いたパイプなどをその都度、容器
内に出し入れするため作業性が悪く量産的ではない。

【００３５】ｂ．混合時間、造粒時間に１時間以上と長
時間を必要としコスト高になる。

【００３６】本発明は、このような従来の問題点を一掃
することを目的としてなされたものである。

【００３７】

【問題点を解決するための手段】本発明は中心軸線を回
転中心として回転する密閉式縦型回転容器と、該回転容
器内の偏心位置に該容器の回転からフリーに装入設置さ
れた攪拌装置とを用いて粉体混合を行なう方法であっ
て、回転容器内の下部に堆積する原料粉体を、該容器の
回転につれ回転方向に同拌移動させながら攪拌装置の偏
心設置位置を通過させて行く工程と、上記位置の通過時
に、原料粉体を攪拌装置の高速回転により吹き上げて回
転容器の上部空間内に浮遊分散させ、浮遊分散後は自重
沈降により容器内の下部に堆積させる工程とを含み、之
等工程の繰返しにより、原料粉体を容器下部の堆積位置
と容器上部の浮遊分散位置との間を循環させることを特
徴とする粉体の混合方法及び、中心軸線を回転中心とし
て回転する密閉式縦型回転容器と、該回転容器内の偏心
位置に該容器の回転からフリーに装入設置された攪拌装
置とを用いて粉体の造粒を行なう方法であって、回転容
器内の下部に堆積する原料粉体を、該容器の回転につれ
回転方向に同拌移動させながら攪拌装置の偏心設置位置
を通過させて行く工程と、上記位置の通過時に、原料粉
体を攪拌装置の高速回転により吹き上げて回転容器の上
部空間内に浮遊分散させながら、浮遊分散粉体を容器の
上部空間内に噴霧供給されたバインダー液滴との衝突で
団粒化しつつ、自重沈降により容器内の下部に堆積させ
る工程とを含み、之等工程の繰返しにより、原料粉体を
容器下部の堆積位置と容器上部の浮遊分散位置との間を
循環させることを特徴とする粉体の造粒方法に係る。

【００３８】

【実施例】以下に本発明の１実施例を添附図面にもとづ
き説明すると、次の通りである。

【００３９】図１及び図２は、本発明に係る混合方法並
びに造粒方法を実施するに適した装置の１例を示し、本
装置は、中心軸線を回転中心として回転する縦型の回転
容器（１）を備えている。

【００４０】回転容器（１）は無蓋有底の円筒状であっ
て、下部に原料粉体（２）の沈降堆積スペース（３）
を、上部に同粉体の浮遊分散スペース（４）を有し、底
部中央には混合又は造粒後の原料粉体の取り出し口
（５）と、該取り出し口（５）を閉じる開閉又は着脱自
在な蓋部材（６）とが備えられている。回転容器（１）
の上端開口（７）は、その付近の固定部材例えば装置の
フレーム（図示せず）その他、室内の壁、柱などに支持
固定された固定蓋体（８）により閉じられ、該蓋体
（８）には原料粉体の投入口（９）と、該投入口（９）
を閉じる開閉又は着脱自在な蓋部材（１０）とが備えら
れている。

【００４１】回転容器（１）の上端と固定蓋体（８）と
の間のシール部分の面積拡大を目的として、該容器
（１）の上端に内方突出のフランジ部（１ａ）を形成す
ることができる。

【００４２】回転容器（１）には、該容器（１）に回転
を与えるための駆動装置（１１）が備えられる。駆動装
置（１１）として図には回転容器（１）の胴部に嵌装固
着された大径歯車（１１ａ）と、該歯車（１１ａ）と噛
合う、モーター（１１ｃ）駆動の小径歯車（１１ｂ）と
から構成したものが示されているが、他の構成のもので
あってもよい。

【００４３】回転容器（１）は、例えば脚（１２）付に
して中央部が開口された台（１３）上に、定位置で回転
し得るように設置される。

【００４４】攪拌装置（１４）が回転容器（１）内の偏
心位置に、該容器（１）の回転からフリーに設置され
る。攪拌装置（１４）は、回転軸（１４ａ）と、該軸
（１４ａ）に上下に多段的に取り付け固定された羽根部
材（１４ｂ）と、回転軸（１４ａ）に高速回転を与える
駆動装置（１４ｃ）とから構成されている。回転軸（１
４ａ）は固定蓋体（８）に軸受け（図示せず）を介し回
転自在に貫挿支持され、下端は回転容器（１）の底部近
くまで延出されている。

【００４５】回転軸（１４ａ）の中心軸線と、回転容器
（１）の中心軸線とは平行関係にある。回転軸（１４
ａ）の挿入位置は、回転容器（１）の半径の中点乃至そ
の近傍が適当であり、また該軸（１４ａ）から放射方向
に張り出された羽根部材（１４ｂ）の長さは、上記半径
の１／２程度が適当である。

【００４６】羽根部材（１４ｂ）の形状は、回転容器
（１）の下部スペース（３）に沈降堆積している原料粉
体を、高速回転によって上部スペース（４）に向け吹き
上げ浮遊分散せしめ得るような形状であれば良く、例え
ば図示のような平行羽根が用いられる。羽根部材（１４
ｂ）の段数並びに上下間隔は適宜選択決定すれば良い。
下部スペース（３）内に位置する羽根部材（１４ｂ）
は、主として沈降堆積している原料粉体を上部スペース
（４）内に向け吹き上げる働きをなし、上部スペース
（４）内に位置している羽根部材（１４ｂ）は、主とし
て上部スペース（４）で浮遊している原料粉体を分散移
動させるに必要な気流を発生させる働きをする。

【００４７】スプレー装置（１５）は、回転容器（１）
の天井部分から下向きにバインダー液を噴霧供給するた
めのものであり、固定蓋体（８）の裏面に固設されたス
プレーノズル（１５ａ）と、該ノズル（１５ａ）にバイ
ンダー液を供給する液圧送ライン（１５ｂ）を備えてい
る。

【００４８】本発明に従い原料粉体の混合を開始するに
際しては、図１に示すように回転容器（１）の下部スペ
ース（３）内に原料粉体（２）が供給堆積され、この堆
積状態のもとに回転容器（１）並びに攪拌装置（１４）
に回転が与えられる。之等の回転で回転容器（１）の上
部スペース（４）内に気流が生ずる。

【００４９】両者の回転方向は、同方向または相反する
方向のいずれであってもよく、また回転速度は回転容器
（１）は比較的低速回転であり、例えば５０〜１００回
／分程度が適当であり、一方攪拌装置（１４）は高速回
転であり、例えば１０００〜２０００回／分程度が適当
である。

【００５０】攪拌装置（１４）の高速回転により羽根部
材（１４ｂ）の先端が画く回転軌跡（１６）（図２参
照）内並びにその付近の原料粉体は機械的な攪拌混合を
受け、同時に羽根部材（１４ｂ）の高速回転により吹き
上げられながら、上部スペース（４）内の気流中に浮遊
分散して行き、以下時間の経過とともに自重で徐々に降
下し、下部スペース（３）内に再び沈降堆積して行く。

【００５１】沈降堆積した原料粉体は、回転容器（１）
の回転に同拌し、該容器（１）の中心軸線（回転中心）
の周りを移動するので、その移動中に再び上記回転軌跡
（１６）内に達し攪拌装置（１４）の高速回転により機
械的攪拌混合を受けながら空中へ吹き上げられ、再度空
中に浮遊分散されて行く。このように原料粉体は、回転
容器（１）の回転と攪拌装置（１４）の高速回転によ
り、回転容器（１）内の上，下スペース（３）（４）間
を循環移動し、この循環移動中、下部スペース（３）内
では上記装置（１４）による機械的攪拌を、また上部ス
ペース（４）内では気流による攪拌を、それぞれ受ける
ので、これらの攪拌の繰り返しにより原料粉体を、回転
容器（１）内に外部から圧力空気を供給することなし
に、均一に混合できる。

【００５２】混合操作が所定時間経過した後は、回転容
器（１）並びに攪拌装置（１４）の回転を停止し、浮遊
分散粉体の自重沈降分離を待つことにより、全ての混合
操作を終了する。

【００５３】次に本発明造粒方法について述べる。

【００５４】本発明造粒方法によれば、先の混合方法と
同様に回転容器（１）の回転と、該容器（１）内の偏心
位置に設置した攪拌装置（１４）の高速回転とを利用し
て、原料粉体を上記容器（１）内の上，下スペース
（３），（４）間を循環移動され、この循環移動中に、
バインダー液がスプレー装置（１５）を通じ該容器
（１）の天井部から噴射供給される。回転容器（１）内
に噴射供給されたバインダー液は、液滴状となって天井
部から降下し、この降下の間、上部スペース（４）内に
浮遊分散している原料粉体に付着し、該原料粉体に付着
同伴しながら、上下スペース（３）（４）間を循環す
る。

【００５５】而してバインダー液の供給を継続すると、
バインダー液を介し原料粉体同士の付着ひいては造粒が
進行して行き、バインダー液の供給を所定時間継続する
ことにより、所定の粒径の団粒が得られる。ちなみにバ
インダーが粒体に集中して粒体が大きくなっても攪拌羽
根の切る作用によって分断されるので、均一な粒径の団
粒を得ることができる。さらに原料粉体の造粒は、原料
粉体が上下スペース（３）（４）間を循環する間に徐々
に進行して行くので、付着粒子間に殆んど空隙が発生せ
ず、高密度、従って高嵩比重の団粒を得ることができ
る。

【００５６】団粒の粒径を出来るだけ揃えるために、バ
インダー液の供給停止後も、しばらくの間、例えば１〜
２分間程度、回転容器（１）並びに攪拌装置（１４）の
回転、ひいては原料粉体の循環を継続することが望まし
い。

【００５７】原料粉体の造粒を終えた後、回転容器
（１）並びに攪拌装置（１４）の回転を停止すると、全
ての原料粉体は団粒の状態で下部スペース（３）内に沈
降堆積するので、これを容器（１）の底部の取り出し口
（５）から取り出すことにより、次の操作に備えること
ができる。原料粉体としては、単成分及び多成分のいず
れでもよく、多成分の場合は、均一混合状態のもとに造
粒できる。

【００５８】粉体の例としては、ファインセラミック原
料、天然粘土などの粉体を例示でき、またバインダー液
としてはＰＶＡ，水などを例示できる。

【００５９】本発明によって得られる団粒の粒径は０．
１〜３．０ｍｍ前後であり、バインダーの供給量、種
類、濃度などを適宜選択することにより所望の粒径の団
粒を得ることができる。

【００６０】本発明混合方法及び造粒方法に於ては、図
５に概略的に示すように、粉体と気体の循環を回転容器
（１）内に於ける上，下スペース（３），（４）間の循
環に加え、該容器（１）に付設した循環パイプ（１７）
内をファン（１８）による強制送風により、循環させる
ようにしてもよい。

【００６１】

【効果】本発明によれば、次の通りの効果が得られる。

【００６２】ａ．１つの密閉容器内で、繰り返し粉体と
気体を循環させて混合する方法であるので、容器内に外
部から圧力空気を供給する必要がなく、粉体と気体を分
離するための特別な手段の適用を必要としない。

【００６３】ｂ．外部から供給された圧力空気に随伴さ
れて、比重の軽い粉体が同時排出されるということがな
いので、全ての粉体が容器内において均一に混合され
る。

【００６４】ｃ．容器の回転と偏心の攪拌羽根の高速回
転により、粉体が容器内で自由に移動循環するので、均
一な混合ができる。

【００６５】ｄ．装置がコンパクトであり、且つ設置面
積も縮小できるので諸設備が安価である。

【００６６】ｅ．一つの密閉容器内で、混合と造粒を連
続工程で行い得るので、作業効率がよく生産性に優れて
いる。

【００６７】ｆ．バッチ方式であり１回ごとに、混合ま
たは造粒作業ができるので品質が安定する。

【００６８】ｇ．容器の回転と偏心の攪拌羽根の高速回
転により、粉体が容器内で自由に移動循環するので、バ
インダー液を単にスプレーすることにより、均一に造粒
ができる。

【００６９】ｈ．容器の回転と偏心の攪拌羽根の高速回
転により、大きな団粒になっても攪拌羽根の「切る作
用」の働きで均一な流動性のある球状の団粒が得られや
すく、またスプレー時間や作業時間の調整で０．１ｍｍ
〜３．０ｍｍ前後の団粒が可能であり機能性がある。

【００７０】ｉ．混合時間、造粒時間がきわめて短い時
間で完了する。

【００７１】（同規模のボールミル方式の１／３０程度
の時間） ｊ．粉体の原料組成や割合、粒子径、形態、分布などに
影響されにくく均一な混合および造粒が可能である。

【００７２】ｋ．セラミック関係、食品関係、化学関係
などどんな粉体産業にも対応ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法を実施するに適した装置の全体を概略
的に示す縦断面図である。

【図２】図１の２〜２線に沿う、原料粉体を省略して示
す断面図である。

【図３】攪拌装置の作用説明図である。

【図４】回転容器の作用説明図である。

【図５】本発明法の実施の他例を示す概略説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 回転容器 ２ 原料粉体 ３ 下部スペース ４ 上部スペース ５ 取出し口 ６ 蓋部材 ７ 上端開口 ８ 固定蓋体 ９ 投入口 １０ 蓋部材 １１ 駆動装置 １２ 脚 １３ 台 １４ 攪拌装置 １５ スプレー装置 １６ 回転軌跡

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸線を回転中心として回転する密閉
   式縦型回転容器と、該回転容器内の偏心位置に該容器の
   回転からフリーに装入設置された攪拌装置とを用いて粉
   体混合を行なう方法であって、回転容器内の下部に堆積
   する原料粉体を、該容器の回転につれ回転方向に同拌移
   動させながら攪拌装置の偏心設置位置を通過させて行く
   工程と、上記位置の通過時に、原料粉体を攪拌装置の高
   速回転により吹き上げて回転容器の上部空間内に浮遊分
   散させ、浮遊分散後は自重沈降により容器内の下部に堆
   積させる工程とを含み、之等工程の繰返しにより、原料
   粉体を容器下部の堆積位置と容器上部の浮遊分散位置と
   の間を循環させることを特徴とする粉体の混合方法。
2. 【請求項２】 中心軸線を回転中心として回転する密閉
   式縦型回転容器と、該回転容器内の偏心位置に該容器の
   回転からフリーに装入設置された攪拌装置とを用いて粉
   体の造粒を行なう方法であって、回転容器内の下部に堆
   積する原料粉体を、該容器の回転につれ回転方向に同拌
   移動させながら攪拌装置の偏心設置位置を通過させて行
   く工程と、上記位置の通過時に、原料粉体を攪拌装置の
   高速回転により吹き上げて回転容器の上部空間内に浮遊
   分散させながら、浮遊分散粉体を容器の上部空間内に噴
   霧供給されたバインダー液滴との衝突で団粒化しつつ、
   自重沈降により容器内の下部に堆積させる工程とを含
   み、之等工程の繰返しにより、原料粉体を容器下部の堆
   積位置と容器上部の浮遊分散位置との間を循環させるこ
   とを特徴とする粉体の造粒方法。