JP3699667B2

JP3699667B2 - Slurry mixing method and dehydration method thereof

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Publication number: JP3699667B2
Application number: JP2001286257A
Authority: JP
Inventors: 哲治茨城; 章次井村; 敏近藤; 伸幸兼森; 安部　　洋一; 茂樹高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP2003088741A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿式で複数の比重の異なる粉体を混合して、混合スラリーや脱水ケーキ等の脱水物を製造する技術に関する。特に、酸化金属を含む粉体と炭素を含む粉体の混合のために効果的な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、粉体を水中で攪拌して、スラリーを製造することが行われている。例えば、塗料の製造工程においては、酸化亜鉛や酸化アルミニウムの粉を水溶液に懸濁させて、スラリーを製造することが行われている。このように、従来においては、種々の目的で粉体と水のスラリーを製造している。これらのスラリーを混合製品などにする方法では、数ミクロンから１００ミクロン程度の粉体を水に対して１０〜５０質量％の比率が混合して、これを攪拌し、均一なスラリーを製造することが行われている。
【０００３】
これらの方法では、まず、粉体を攪拌槽の内部の水中に供給して、この混合スラリーを攪拌混合する。この操作で、水と粉体が均一になるように時間をかけて混合を実施する。製造物として、水分が低く、粘土状のものが必要な場合は、混合が終了した後に、脱水機に送り、このスラリーを脱水する。
【０００４】
大量にスラリー混合を行っている操業としては、例えば、湿式のセメント製造がある。この方法では、原料である石灰石、粘土、酸化鉄粉等を粉砕した粉体を湿式の攪拌槽で均一に混合することが行われている。ここで製造された混合スラリーをセメント用のロータリーキルンに供給して、これを焼成してポルトランドセメントを製造する。
【０００５】
また、種々の工業においては、湿式の反応層や湿式の除塵装置、水処理工程から発生したスラリーをシックナーなどで沈殿させたスラリーを処理している。場合によって、リサイクルなどのための原料混合の目的で、このスラリーの混合処理も行われている。製鉄業においては、一部の粉鉱石と製鉄工程の副生成武物の酸化鉄含有ダストを湿式で混合して、これを製鉄原料とすることが行われている。
【０００６】
製鉄業や非鉄金属精錬などの金属産業では、スラリーの混合処理がよく行われている。特に、金属産業では、粉状の酸化金属と粉炭や粉コークスの混合を行うことが多い。この混合処理は、乾式で行うよりも混合特性が良いため、湿式混合操作が行われている。例えば、製鉄業でのスラリーの調合と混合の例でいえば、微粉体の鉄やクロムの酸化物の粉体と粉コークスをスラリー混合して、還元用ロータリーキルンの原料とすることも行われている。まず、この混合スラリーを脱水して、水分を調整する。その後に、ロータリーキルンで焼成還元して、金属鉄や金属クロムを製造する方法が行われている。このように、高温反応炉での、金属原料である酸化金属と還元剤である炭素を含む粉体の混合のニーズが多いことから、均一な組成の混合スラリーの製造とその脱水技術は、金属産業にとって重要な技術である。
【０００７】
このように、従来からも粉体を水中で攪拌混合して、均一なスラリーを製造することは、これを脱水することが行われてきた。この技術は、金属産業だけでなく、化学工業、窯業、各種鉱業などで実施されており、これらの製造工程やダスト処理工程で重要な処理方法である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
微粒粉体のスラリーを攪拌混同する技術は、広く行われており、この技術を適正に行うことは重要である。特に、２種類以上の異なる組成の粉体を混合して均一な混合スラリーを製造することは、非常に重要である。
【０００９】
しかしながら、従来技術においては、複数の粉体を混合する際においても、互いに比重の近い粉体同士を混合することは比較的容易であり、簡便に行われている。例えば、酸化アルミニウムと酸化珪素の粉体の混合を行うことは容易であった。これらの粉体の真比重は、３前後と差が小さい粉体の混合物である。したがって、水中での重力沈降については、異なる粉体間の差の影響は少ないため、水中での複数種類の粉体混合が容易である。
【００１０】
ところが、一方で、比重差の大きい粉体の混合を行う場合は、その操作に問題があった。例えば、鉄粉と酸化アルミニウム粉の混合などの例では、鉄粉の真比重が約８ｋｇ／リットルあるのに対して、酸化アルミニウムの真比重は約３ｋｇ／リットルである。この２種類の粉体を含むスラリーを混合しても、適正な混合を行わなければ、均一な組成のスラリーとならない問題があった。数十センチメートル程度の直径の小さい容器内部で攪拌混合する場合には、攪拌を良く行うことは容易であり、均一なスラリーを製造することは可能である。しかし、工業的な規模でのスラリーの攪拌混合では、攪拌装置が大きく、攪拌による均一混合が難しいのが現状である。
【００１１】
この混合の実際の操業では、通常、５００リットル程度の量の水を１メートル程度の直径のバッチ式混合槽にいれて、濃度の高いスラリーの状態で、３０分間以上の間、強力に攪拌する。混合後に、スラリーとして混合槽から抜き出す。このような従来技術によるスラリーの攪拌方法では、ただ単に強く攪拌すれば良いとの認識しかなく、均一攪拌という点では問題があった。まず、この方法では、短時間で適正な混合状態を実現できず、長時間攪拌しなければ、均一な組成にならないことが多かった。つまり、１０〜１５分間程度の攪拌時間では、製造したスラリーは不均一であり、部分部分で１０〜２０％程度の組成のバラツキがあった。したがって、攪拌に時間がかかることから、生産性やコストの問題があった。さらに、小ロットの処理であることから、生産性に問題があり、例えば、毎時１０トンの粉体の混合処理を行うことはできていなかった。
【００１２】
また、金属産業で行われている、微粒の酸化鉄粉からなる製鉄ダストと粉コークスを混合して、スラリーを製造して、この脱水物を得る方法でも問題があった。この処理は大量の粉体を混合するために、処理規模が大きいことの困難性も伴っていた。例えば、特開昭５６−２５９３４号公報に示されるように、集塵ダストのスラリーを混合する方法がなされてきている。
【００１３】
この処理を行う従来技術での一般的な装置の概略図を図１に示す。この装置は、スラリー槽１、スラリー供給ポンプ２と配管３、シックナー４、排汚ポンプ５と配管６、および、排汚脱水機７から構成されていた。一般的に、この処理においては、時間当たり１０〜２０トンの処理能力が求められている。この処理を行う工程では、まず、製鉄ダストと粉コークスをスラリー混合槽１の内部で混合して比較的薄いスラリーを製造していた。このスラリーをスラリー供給ポンプ２と配管３にて、直径が２０〜３０メートルの大型で円形のシックナー４に入れて、粉体を底に沈降させる。シックナーの底に沈殿した濃縮スラリーをシックナーの底から抜き、これを排汚ポンプ５と配管６で脱水機７に送ていた。ここで脱水して、脱水ケーキを得ていた。この脱水ケーキをロータリーキルンで還元する処理が行われていた。
【００１４】
このような大量のスラリー混合に、高効率の小型装置で対応する技術が欠けていたため、従来技術では、この方法のような大きな設備が必要で、かつ、生産性の低い処理がなされてきた。ちなみに、図１の構成からなる設備では、占有土地の大きさは、一辺が６０〜８０ｍのものが必要であり、設備費も多くかかるものであった。また、比較的薄いスラリーを製造してから、順次濃縮していく方法であるため、水の使用量が多く、また、この水が汚れるため、汚水処理の費用も多くかかるものであった。
【００１５】
また、この方法で得られたスラリーや脱水ケーキの均一性にも問題があった。この方法で得られた脱水ケーキの組成を調査し結果、組成のバラツキが大きいことが判明した。酸化鉄と炭素の質量比を指標に、混合状態を調査したところ、質量比は、平均で４．３であり、部分部分での分析値は、最大で５．３、最小で３．６となっていた。このように、従来技術で混合した結果では、組成にもバラツキが大きく、混合が不十分であった。
【００１６】
この理由としては、粉コークスは比重が約１．６ｋｇ／リットル、また、酸化鉄は比重が約４．５ｋｇ／リットルであり、互いの比重差が大きい。このことから、両者の水中での沈降速度が大きく異なり、シックナーのような攪拌が不十分な装置の中では、混合後に、水中で粉体の分離が起きる問題であったことによる。さらに、シックナーから脱水機の配管内部でのスラリー輸送時に、輸送条件についての知識が不十分であり、この点でも問題があった。つまり、適正な輸送状態でない場合は、配管内で、スラリー中の比重が違う粉体が分離することがある。したがって、シックナー内部では、比較的均一になっていた場合でも、配管内で分離してしまい。脱水後の組成のバラツキが大きくなっている問題もあった。
【００１７】
この結果、例えば、これをロータリーキルン式や回転炉床式の還元炉の原料として使用する際には、脱水ケーキの成分が部分部分で不均一となる問題があった。この結果、ロータリーキルンでの還元反応が、経時的に大きく変化して、時には、還元率が低下したリ、また、時には、炭素過剰で反応ガスが過剰になるなどと、操業上の問題が大きかった。
【００１８】
混合したスラリー又はスラリーの脱水物を均一に混合して、ロータリーキルン式や回転炉床式の還元炉で、焼成還元する。この際には、原料の被還元物である酸化鉄と還元剤である炭素を適正な比率で混合することは、効率的な還元反応をするために重要である。したがって、混合により、正確な比率の炭素と酸化物を混合する。したがって、混合物の（酸化鉄）／（炭素）比を小さい許容誤差にすることが重要である。
【００１９】
実際に、回転炉床式の還元炉では、還元に必要な炭素と酸化鉄の化合酸素のモル比を適正にする必要がある。炭素が不足した場合は、鉄の還元が不十分となる。炭素量が反応に必要量よりも１０％以上少なくなると、還元率が急速に低下する。適正な炭素量がある場合に、９０％の還元率が得られていた操業条件では、また、炭素量が１０％少なくなると、８０〜８５％程度の還元率までの低下に止まるが、炭素量が１５％少なくなると、還元率が７０％程度まで低下してしまう。また、炭素が多すぎても、製造した成形体内部の還元鉄粒子の間に、炭素粉が残留して、還元鉄成形体の強度が低下することがある。この結果、還元鉄成形体の輸送や溶解工程での問題も生じていた。したがって、（酸化鉄）／（炭素）の比の変動は、１０％以内とすることが望まれていたが、従来技術では、必ずしも守られていなかった。
【００２０】
このように、従来技術では、効率的に、比重の異なる粉体を混合して、均一な組成のスラリーを製造することや、これを原料として、均一な組成の脱水ケーキを製造する技術が不十分であった。したがって、この問題を解決する新しい技術が求められていた。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、その要旨とするところは、
（１）真比重が１．２〜２．０ｋｇ／リットルの粉体と真比重が３．３ｋｇ／リットル以上の粉体を含む混合粉体のスラリーを、スラリー攪拌槽内で、中心側のスラリーに下降流を発生させ、かつ、外周側のスラリーに上昇流を発生させて、当該上昇流の流速が下記に示す値：Ｖよりも大きい条件で、当該スラリーを５分間以上混合することを特徴とするスラリーの混合方法、なお、Ｖ＝０．００７２Ｒであり、ここで、Ｖは、最低上昇流速（ｍ／ｓ）であり、Ｒは粉体の平均粒径（ミクロン）であり、
（２）平均粒径が４〜３０ミクロンであり、また、真比重が１．２〜２．０ｋｇ／リットルの粉体を５質量％以上、かつ、真比重が３．３ｋｇ／リットル以上の粉体を３０質量％以上の比率で含む混合粉体のスラリーを、スラリー攪拌槽内で、中心側のスラリーに下降流を発生させ、かつ、外周側のスラリーに上昇流を発生させて、当該上昇流の流速が毎秒０．２メートルよりも大きい条件で、当該スラリーを５分間以上混合することを特徴とするスラリーの混合方法、
（３）複数種のスラリーを複数のスラリー備蓄槽から、スラリー攪拌槽に供給して、真比重が１．２〜２．０ｋｇ／リットルの粉体と真比重が３．３ｋｇ／リットル以上の粉体を含む混合粉体のスラリーを調合して、当該スラリー攪拌槽内で、中心側のスラリーに下降流を発生させ、かつ、外周側のスラリーに上昇流を発生させて、当該上昇流の流速が下記に示す値：Ｖよりも大きい条件で、当該スラリーを５分間以上混合することを特徴とする前記（１）記載のスラリーの混合方法、
（４）複数種のスラリーを複数のスラリー備蓄槽から、スラリー攪拌槽に供給して、平均粒径が４〜３０ミクロンであり、また、真比重が１．２〜２．０ｋｇ／リットルの粉体を５質量％以上、かつ、真比重が３．３ｋｇ／リットル以上の粉体を３０質量％以上の比率で含む混合粉体のスラリーを調合して、当該スラリー攪拌槽内で、中心側のスラリーに下降流を発生させ、かつ、外周側のスラリーに上昇流を発生させて、当該上昇流の流速を毎秒０．２メートルよりも大きい条件で、スラリーを５分間以上混合することを特徴とする前記（２）記載のスラリーの混合方法、
（５）スラリー攪拌槽内部のスラリー中水分の容積が粉体の真容積の合計に対する比が２７０％以上であることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれかに記載のスラリーの混合方法、
（６）スラリー攪拌槽内のスラリーの攪拌装置部分での平均流速、当該スラリー攪拌槽の最大径、スラリー比重、および、スラリー粘度から計算されるレイノルズ数が７，０００以上であることを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれかに記載のスラリーの混合方法、
（７）スラリー攪拌槽内に流れを作る攪拌装置の動力が、スラリー１トン当たり、３００ワット以上であることを特徴とする前記（５）記載のスラリーの混合方法、
（８）スラリー攪拌槽内のスラリー液深さがスラリー攪拌槽の水平方向での最大径部分の長さに対する比率が、０．５〜１．８５の範囲として、スラリーを攪拌することを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれかに記載のスラリーの混合方法、
（９）スラリー攪拌槽またはスラリー撹拌槽内部のスラリー水分を計測して、水分比率が目的の水分よりも低い場合は水又は粉体濃度の低いスラリーを添加し、また、水分比率が目的の水分よりも高い場合は粉体濃度の高いスラリー、および、水分が３０質量％以下の粉体を単独または混合して添加することを特徴とする前記（５）記載のスラリーの混合方法、
（１０）炭素を５０質量％以上含む粉体を５質量％以上、および、金属鉄、酸化鉄、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化クロム、および、酸化亜鉛を含む粉体の合計比率が３０質量％以上で構成される粉体混合物から構成されるスラリーを用いることを特徴とする前記（１）乃至（９）のいずれかに記載のスラリー混合方法、
（１１）スラリー調合槽で攪拌した後に、当該スラリーをスラリー攪拌槽に供給し、当該スラリー攪拌内で、前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の方法で、スラリーを混合しながら当該スラリーを連続的に脱水機に供給し、脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法、
（１２）前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の方法で混合したスラリーをスラリー攪拌槽から脱水機へのスラリー配管内で、脱水機に輸送して、当該脱水機で当該スラリーを脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法、
（１３）複数のスラリー攪拌槽にて、前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の方法で混合したスラリーを順次切替えながら、スラリー配管を通じて、脱水機へ輸送して、当該脱水機で当該スラリーを脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法、
（１４）脱水機として、スラリーをフェルト状の濾布の上に注ぎ、これを上下一対の圧搾ロールで絞る型式の脱水機、フィルタープレス式脱水機、遠心分離式デカンタ、又は、真空脱水式脱水機のいずれかを用いることを特徴とする前記（１１）乃至（１３）のいずれかに記載のスラリーの脱水方法、および、
（１５）前記（５）記載の方法で混合したスラリーを、スラリー攪拌槽から脱水機へのスラリー配管で、沈殿槽に送り、当該沈殿槽にて、スラリーの粉体濃度を上げた後に、さらに、スラリー配管を用いて、スラリーをフェルト状の濾布の上に注ぎ、これを上下一対の圧搾ロールで絞る型式の脱水機、または、フィルタープレス式脱水機に送り、当該脱水機で脱水することを特徴とするスラリーの脱水方法、である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明を実施する装置の第一の方式を図２に示す。この装置は、第一スラリー備蓄槽８、第二スラリー備蓄槽９、原料スラリー配管１０と原料スラリーポンプ１１、攪拌槽１２、混合スラリー配管１３と混合スラリーポンプ１４、および、脱水機１５から構成される。原料スラリーの種類が多い場合は、スラリー備蓄槽の数を増やす。次に、図３に攪拌槽１２の詳細な構造を示す。
【００２３】
第一スラリー備蓄槽８と第二スラリー備蓄槽９には、異なる粉体から構成されるスラリーを備蓄する。例えば、第一スラリー備蓄槽８には、比較的比重の小さい粉体を多く含むスラリーを備蓄し、第二スラリー備蓄槽９には、比較的比重の大きい粉体を多く含むスラリーを備蓄する。すでに調合を終えているスラリーを用いる場合は、スラリー備蓄槽は１基でも良い。
【００２４】
スラリーの調合方法としては、上記の方法以外にも、乾燥した粉体や水分を含んでいるものの流動性のない程度である粉体、通常は水分２５質量％以下の粉体、を水中に供給して、スラリーを調合して、以下の処理に向けることも行う。
これらのスラリーを原料スラリー配管１０と原料スラリーポンプ１１を用いて、攪拌槽１２に輸送する。攪拌槽１２では、スラリーを攪拌混合して、均質な組成のスラリーを製造する。本発明が対象とするスラリーは、比重の小さい、真比重が１．２〜２．０ｋｇ／リットルの粉体と比重の大きい、真比重が３．３ｋｇ／リットル以上の粉体の混合粉体から、構成されるものである。以降、真比重が１．２〜２．０ｋｇ／リットルの粉体を軽い粉体、また、真比重が３．３ｋｇ／リットル以上の粉体を重い粉体と称す。
【００２５】
これらの粉体の具体的な種類の例としては、軽い粉体としては、粉コークス、粉石炭などであり、真比重は１．２〜２．０ｋｇ／リットル程度である。また、重い粉体としては、粉鉱石、転炉ガスダストなどの製鉄業で発生する酸化鉄などを含むダスト類、製鉄業で発生する圧延工程で発生する微粒スケール、粉クロム鉱石などであり、真比重は３．３〜６ｋｇ／リットル程度である。本発明は、特に、金属精錬業においての、金属酸化物と粉コークスや粉石炭との混合には、効果を発揮する。還元処理用の混合粉体として、還元剤である粉コークスまたは粉炭を、また、被還元物である粉鉱石、粉クロム鉱石、製鉄の鉄含有ダストを用いる場合は、軽い粉体が５質量％以上、また、重い粉体を３０質量％以上の比率で含むことが多い。このため、本発明は、特に、この程度の比率の混合粉体のスラリーを混合することが有効であるように、処理方法を定めている。
【００２６】
本発明による攪拌槽１２の内部での均一な組成スラリーの製造方法は、以下の通りである。撹拌槽１２の詳細は図３に示されている。まず、攪拌槽１２は、円筒形、又は、多角柱型の容器であり、直径が３〜６メートルのものである。攪拌槽１２の中心には、スラリー攪拌のためのパドル１６がある。パドル１６は電動機１７で駆動され、回転しており、攪拌槽１２の中心側でスラリーを下方に流すように流れを作る。この結果、攪拌槽１２の中心側には、下降流が形成され、この下降流は、攪拌槽１２の底に当り、攪拌槽１２の外周側に流れていき、さらに、側壁近傍で上昇流となって戻っていく。
【００２７】
一方で、水中での粉体の自然下降速度は、粉体の真比重と水の比重の差に比例して、粉体粉体の径に反比例、また、スラリーの粘度に反比例する。したがって、軽い粉体は水との比重差が小さく、強力な上昇流でなくとも、粉体は水と一緒に攪拌槽１２の側壁近傍を上昇していくが、一方、重い粉体の場合は、水の流れの上昇速度に対して、上昇速度が低い方に差があるため、粉体の絶対上昇速度が遅くなる。つまり、攪拌槽１２の側壁を上昇流が遅い場合は、重い粉体は、攪拌槽１２の上部に到達するものの比率が小さくなる。この問題を解決するために、本発明者らは、種々の実験を重ね、この問題が解決するための攪拌槽１２の側壁での上昇流の速さを解明した。
【００２８】
本発明者らは、まず、平均粒径が３〜２５ミクロンの粉体のスラリーでの混合方法を研究した。この粒径では、攪拌槽１２の側壁近傍でのスラリー上昇流の速度を毎秒０．２メートル以上とすると均一混合ができることを解明した。この流速条件では、スラリー中の重い粉体であっても、このスラリー上昇速度では、粉体の絶対上昇速度の十分になる。したがって、この条件では、スラリー中の重い粉体でも、安定的に攪拌槽１２の上部まで送られる。この結果、攪拌槽１２の下部と上部のスラリー濃度の差が相対誤差で１０％以内に収まり、また、攪拌槽１２内部での軽い粉体と重い粉体の比率の上下差も、相対誤差で１０％以内に収まる状態（以降、均一状態と称す）となる。なお、本発明での混合の均一性の評価は、混合したスラリー又はスラリーの脱水物をロータリーキルン式や回転炉床式の還元炉で、焼成還元する際に必要な原料の（酸化鉄）／（炭素）の比の許容誤差である。
【００２９】
一方、このスラリーで、側壁近傍の上昇流速度が毎秒０．２メートル以下の場合は、重い粉体の上昇が不十分であった。この結果、スラリー中の重い粉体が下部に偏在しており、均一状態とならないことが判明した。特に、粉体の粒径が大きいほど、この現象は顕著であった。
【００３０】
そこで、本発明者らは、さらに、種々の平均粒径から構成されるスラリーで、混合状態の良い攪拌方法を研究した。その結果、粒径の小さい粉体で構成されるスラリーでは、攪拌槽１２の側壁近傍の上昇流速が比較的小さい場合でも、均一性に問題がでないことが解明された。そこで、本発明者らは、均一状態を実現できる状態を実現できる攪拌槽１２の側壁近傍のスラリー上昇流速（以降、最低上昇流速と称す）とスラリー粉体の平均粒径との関係を調査した。
【００３１】
この実験の結果、スラリー粉体の平均粒径にほぼ比例して、最低上昇流速も増加することが判明した。この関係を図４に示すが、これを式に示すと、（最低上昇流速）＝０．００７２（平均粒径）の関係が得られた。単位は、最低上昇流速がメートル毎秒、平均粒径がミクロンである。つまり、上記の式の関係で与えられる最低上昇流速を超えるスラリー流速を、側壁近傍で達成していれば、均一状態が実現できる。
【００３２】
本発明者らは、さらに研究を重ね、粉体と水分の混合比率が不適切であれば、スラリーの粘性が高すぎて、スラリーを混合できなくなることを突き止め、水分比率の混合に与える影響を調査した。本発明が混合するスラリーの条件であれば、水の容積比率が、粉体の容積の２２０％以上で、攪拌槽１２の内部でスラリーは混合に適した流動をはじめ、さらに、２７０％であれば、容易に、均一に混合ができることを確認した。したがって、攪拌槽１２の内部でのスラリーの水分の容積は、粉体の容積の２７０％以上であると良いことが判明した。
【００３３】
さらに、本発明者らは、攪拌槽１２内部のスラリー全体の撹乱状態も均一混合に影響することを解明した。攪拌を良好にするためには、スラリーを十分に発達した乱流の状態とすることが有効な手段である。乱流の発達状態は、流体力学の流れ状態を表す無次元数であるレイノルズ数で評価できることは良く知られている。なお、レイノルズ数は、流体の流速、密度、および、容器の代表長さ（管径、容器高さなど）の積を、粘度で割った無次元数である。そこで、本発明者は、攪拌槽１２の内部での流れの状態を観察して、この流れ状態での物理的に意味のある代表長さや流速を選定した。この結果、パドル１６部分でのスラリー流速を流体の流速として、また、攪拌槽１２の直径を代表長さとして採用した。
【００３４】
本発明者らは、実験の結果、上記の数値で計算したレイノルズ数が３，０００を超えると、乱流が発達を始め、６，０００を超えると十分に発達した乱流となることを解明した。また、スラリーのサンプルを採取すると、レイノルズ数が７，０００以上では、均一状態をより十分に実現できることを確認した。この高レイノルズ数の条件では、前出の条件、つまり、最低上昇流速を実現していること、での混合操作であっても、いっそうの均一混合ができていた。本発明者が得た実験結果では、レイノルズ数が７，０００以上の条件で、下部と上部のスラリー濃度の差が相対誤差で７％以内、かつ、攪拌槽１２内部での軽い粉体と重い粉体の比率の上下差も、相対誤差で７％以内に収まる好成績が得られることが判明した。
【００３５】
以上のうち、混合が特に良好な混合条件である攪拌槽１２の内部でのスラリー中水分の容積が粉体の真容積の合計に対する比が２７０％以上である場合に、側壁近傍での上昇速度が毎秒０．２メートルで、かつ、レイノルズ数が７，０００以上の条件を実施できる攪拌強度の条件を探索した。水分が２７０％以上であれば、スラリー粘度が極端に高くならないため、攪拌動力が過大とならない。この条件であれば、スラリーの質量１トン当たり、３００ワット以上の攪拌動力を与えればレイノルズ数が７，０００以上とでき、混合状態が良いことを，本発明者らは解明した。一般に、レイノルズ数を連続的に測定することはは困難であることから、攪拌動力を目安として混合を行うことは有効な方法である。
【００３６】
また、攪拌槽１２の形状も混合状態に影響する。保持水面と攪拌槽の底の距離と攪拌槽の直径の比（浴深／直径比）も重要な混合の条件である。なぜならば、槽の直径よりも水深が深すぎると、スラリーの上下の動く方向が大きくなり、重力の影響で、攪拌槽内の上下のスラリー濃度差が拡大するとともに、下部のスラリーの重い粉体の比率が多くなる現象が起きる。また、槽の直径よりも水深が浅すぎると、攪拌浴が扁平になって、水平方向の均一性が阻害される。本発明者らは、種々の実験を行い、浴の深さと攪拌槽の直径の比が１前後であると、本発明の混合方法の攪拌効果が大きいことを突き止めた。良好な混合状態を実現するには、浴深／直径比が０．５〜１．８５の範囲であれば、適正な混合状態を確保できる。
【００３７】
以上の方法で、均一混合したスラリーを脱水することにより、組成的に均一に混合された脱水ケーキを製造する。前述の方法で製造したスラリーを混合スラリー配管１３と混合スラリーポンプ１４で、脱水機１５に輸送する。輸送配管１３の内部で、軽い粉体と重い粉体の分離が起きないように、輸送配管１３の内部の流体を乱流状態とすると良い。このために、輸送配管１３の内部でのスラリーのレイノルズ数を２，０００以上とすることも有効である。なお、このレイノルズ数は、配管の直径、管内の平均流速、スラリーの密度と粘度から計算されるものである。
【００３８】
前述したように、攪拌層１２での浴深／直径比を適正な範囲とすることが良い処理条件であることから、脱水機への払い出しの操作によるスラリー液面の高さの変化を制御することは重要である。つまり、スラリー液面の高さがあまり変化するとスラリーの混合状態が変化するためである。特に、攪拌槽の下部まで、スラリーを払い出すと、均一混合状態が実現できないこともあることから、攪拌槽にはスラリーを一部残した状態までで、払い出しを停止することが望ましい。
【００３９】
脱水機１５では、機械的にスラリーの水分を低下させる。この粒径の粉体から構成されるスラリーでは、水分含有率が１５〜３３質量％であると、ベルトコンベア等での搬送ができる性状となることから、この水分となるように脱水する。脱水機１５の型式はいずれのものでも良いが、スラリーをフェルト状の濾布の上に注ぎ、これを上下一対の圧搾ロールで絞る型式脱水機（以降、双ロール脱水機と称す）、フィルタープレス式のもの、遠心分離式脱水機、真空脱水式脱水機を用いることが望ましい。
【００４０】
双ロール脱水機での脱水は、４〜２０ミクロンと粒径が細かい粉体から構成されるスラリーであっても、水分を２０〜３０質量％とできて、また、脱水物の形状もフレーク状であることから、後工程の原料に用いる場合に有利な形状であり、良い方法である。フィルタープレス式での脱水でも、細かい粒径の粉体のスラリーを水分２０〜３０質量％とすることができることから、これもまた有効な方法である。また、遠心分離式脱水機や真空脱水式脱水機では、粒径がやや粗い１０〜５０ミクロンの粉体を脱水することに有効な方法である。
【００４１】
本発明において、連続的に脱水を実施するためには、攪拌槽１２を複数設置する方法もある。１つの攪拌槽１２で、原料スラリー受け入れ、混合、および、スラリーの送り出しの順で、単位操作を実施して、これを複数の攪拌槽１２で行うことにより、スラリーを脱水機に連続的に送る。例えば、第一混合槽で、スラリーの送り出しを行っている間に、第二混合槽では、原料スラリー受け入れと混合を行い、これを切替えながら、脱水機１５にスラリーを送る方法が有効である。
【００４２】
これまでに説明した本発明の方法で均一に混合されたスラリーを脱水する方法をさらに改良した方法としては、図５に示す装置を用いることも有効な方法である。この装置は、第一スラリー備蓄槽８、第二スラリー備蓄槽９、原料スラリー配管１０と原料スラリーポンプ１１、第一調合槽１８、第二調合槽１９、調合スラリー配管２０と調合スラリーポンプ２１、攪拌槽１２、混合スラリー配管１３と混合スラリーポンプ１４、および、脱水機１５から構成される。スラリーの種類が多い場合は、さらにスラリー備蓄槽を増設することもある。また、場合によっては、調合槽の数が１のことも、３〜５あることもある。
【００４３】
まず、第一スラリー備蓄槽８と第二スラリー備蓄槽９から、所定量のスラリーを、第一調合槽１８に送る。第一調合槽１８では、スラリーを均一に混合する。この第一調合槽１８の内部での混合方法としては、特に限定する必要はなく、幾つかある。この後に再度混合することから、この混合では、やや均一度が低くとも良い。しかし、前述した本発明の攪拌条件を守ると混合効果が大きい。
【００４４】
第一調合槽１８での混合後に、第一調合槽１８から、調合スラリー配管２０と調合スラリーポンプ２１を用いて、攪拌槽１２に送る。第一調合槽１８から、調合されたスラリーを送っている間に、第二調合槽１９で、同様に、スラリーを受け入れて、混合する。第一調合槽１８からの調合スラリー送りが終わった後に、スラリー輸送を第二調合槽１９からに切替える。
【００４５】
攪拌槽１２では、やはり、中心側のスラリーに下降流を発生させ、かつ、外周側のスラリーに上昇流を発生させて、スラリーの混合保持を行う。この方法で混合に良い条件である、攪拌槽１２の側壁近傍での上昇流速、槽内のレイノルズ数、水分比率、および、攪拌動力などは、図２の装置でのスラリー混合を行う本発明の混合条件と同一である。攪拌槽１２では、混合しているスラリーを混合スラリー配管１３と混合スラリーポンプ１４で連続的に脱水機１５に供給し、脱水する。脱水の条件は、前述の方法と同一である。
【００４６】
この方法では、攪拌槽１２でのスラリー液面の高さがあまり変わらないことが有利である。前述したように、スラリー液面の高さが頻繁に変化すると、攪拌条件が変化して、均一な混合ができなくなる。しかし、この方法では、スラリー液面を大きく変化させないことから、均一混合の効果が大きい。その結果、脱水ケーキの組成の均一度は良好である。この方法で、攪拌槽１２の容量が払い出し速度に比べて、大きい場合は、調合槽を１基とする。また、調合槽の切替え頻度が短い場合は、調合槽を３〜５基設置することもある。
【００４７】
本発明の方法においては、攪拌槽１２の内部のスラリー水分を極力一定に保つことが有効である。水分と粉体の容積比率を一定とすると、スラリー粘度等のスラリー混合条件を良好に保つことができる。したがって、スラリー水分を制御することは、効果的な手段である。そこで、スラリー水分を計測して、水分比率が目的の水分よりも低い場合は水又は粉体濃度の低いスラリーを添加する。また、水分比率が目的の水分よりも高い場合は粉体濃度の高いスラリーや水分が３０質量％以下の粉体を添加する。スラリー水分の測定方法としては、光透過型の測定装置を用いることや、スラリー水分の影響を強く受けるスラリー粘度を測定する方法などがある。
【００４８】
脱水機として、双ロール脱水機、または、フィルタープレス式脱水機を用いる場合は、希薄なスラリーを用いると、脱水機の処理速度が低下するため、攪拌槽１２から脱水機１５の間で、スラリーを濃縮することは有効な手段である。この方法を実施する装置の例を図６に示す。攪拌槽１２の内部で、前述した方法で均一に混合したスラリーを、混合スラリー配管１３と混合スラリーポンプ１４を用いて、沈殿槽２２に送り、沈殿槽２２にて、スラリー濃度を上げた後に、さらに、濃縮スラリー配管２３と濃縮スラリーポンプ２４を用いて、双ロール式脱水機、または、フィルタープレス式脱水機１５に送り、当該脱水機で脱水する。この方法を行うと、例えば、水分が粉体容積の３２０％で混合したスラリーをそのまま双ロール式脱水機で脱水するのに対し、沈殿槽２０で、スラリー水分を粉体容積の２５０％まで濃縮すると、処理速度は２０％程度向上する。
【００４９】
【実施例】
本発明を用いて行ったスラリーの混合と脱水の方法での処理結果を示す。使用した原料の粉体は、平均粒径が１７ミクロンで、真比重が４．５５ｋｇ／リットルの粉鉄鉱石と平均粒径が２５ミクロンで、真比重が１．６６ｋｇ／リットルの粉コークスの混合物である。粉鉄鉱石が８０質量％、粉コークスが２０量％の混合比率であった。粉体の平均粒径は、２１ミクロンであった。この粉体を原料とするスラリーを混合して、これを脱水する処理を行った。攪拌槽１２から脱水機１５までの輸送は、本発明の条件であるレイノルズ数が２，００００．０．０．以上の条件であった。
【００５０】
均一性の評価は、（酸化鉄）／（炭素比）のバラツキで行った。スラリーのサンプルは、攪拌槽１２の５箇所から２分おきに３サンプルを採取した。脱水物からは１０サンプルを採取した。これを化学分析して、（酸化鉄）／（炭素比）を求めた。なお、粉鉄鉱石の酸化鉄含有率は９３％、粉コークスの炭素比率は８６％であった。
【００５１】
実施例１から３では、図２に示される装置構成で、毎時１５立方メートルの処理を行った。この結果を表１に示す。実施例１では、スラリーは、水の容積が粉体容積の２４５％の比率で混じったものであった。このスラリーを中心で下降流を、また、側壁近傍で上昇流を形成する攪拌槽１２で混合した。この処理での側壁近傍で上昇流の流速は毎秒０．３７メートル、槽内のレイノルズ数が５，０７０、攪拌動力がスラリー１トン当たり２１０ワットの条件であった。この処理では、処理装置の構成が本発明のとおりであり、また、側壁近傍で上昇流の流速が本発明の範囲であったことから、この処理でのスラリーのサンプルでも、脱水物のサンプルでも、（酸化鉄）／（炭素比）の分析値の最大・最小と平均値の差の相対値は、１０％以内であった。
【００５２】
実施例２では、スラリーは、水の容積が粉体容積の２４５％の比率で混じったものであり、実施例１と同じものであった。この処理での側壁近傍で上昇流の流速は毎秒０．４７メートル、槽内のレイノルズ数が８，２００、攪拌動力がスラリー１トン当たり４１２ワットの条件であり、攪拌槽１２の内部でのスラリー攪拌は、実施例１よりも強いもので、スラリーの乱流密度が高い処理であった。この結果は、スラリーおよび脱水物の（酸化鉄）／（炭素比）の分析値の最大・最小と平均値の差がさらに小さく、相対値で７％程度以内であり、良好な均一混合状態であった。
【００５３】
実施例３では、スラリーは、水の容積が粉体容積の２９０％の比率で混じったものであり、実施例１よりも水分が多いスラリーであった。この処理での槽内のレイノルズ数を８，２００と、実施例２と同一にした処理であった。この際の側壁近傍で上昇流の流速は毎秒０．５１メートルと実施例２よりも大きい速度であった。また、攪拌動力がスラリー１トン当たり３４５ワットと実施例２よりも小さい条件であった。これは、水分の多い、粘度の小さいスラリーであったため、同一レイノルズ数であっても、流速が大きく、また、流速が大きいにも関わらず、攪拌動力は小さかった。この処理では、側壁近傍で上昇流の流速が大きい条件であったため、混合状態はさらに良かった。スラリーおよび脱水物の（酸化鉄）／（炭素比）の分析値の最大・最小と平均値の差の相対値は５％程度であった。
【００５４】
実施例４では、図５の装置での処理の例である。攪拌槽１２では、連続的に、スラリーが供給され、また、払い出された。この結果、攪拌槽１２の内部のスラリー液面変化は少ない処理であった。処理条件としては、スラリーの水比率は実施例３と同一、また、槽内のレイノルズ数、側壁近傍で上昇流の流速、および、攪拌動力も実施例３と同一であった。混合の均一性は、さらに向上していた。
【００５５】
一方、比較例を表２に示す。比較例１は、図２に示す本発明の装置を用いたが、攪拌槽１２の側壁近傍での上昇流の流速が、毎秒０．１６メートルと本発明の条件の毎秒０．２３メートルを下回っていた。また、槽内のレイノルズ数等も小さい処理条件であった。この処理でのスラリーおよび脱水物の（酸化鉄）／（炭素比）の分析値の最大・最小と平均値の差の相対値は、１０％を大きく超えており、混合が不十分であることが判明した。
【００５６】
比較例２は、従来技術である、簡易な攪拌の後に、シックナーで沈降させる処理方法である。この方法では、混合が不完全であり、均一性が非常に悪かった。この処理でのスラリーおよび脱水物の（酸化鉄）／（炭素比）の分析値の最大・最小と平均値の差の相対値は、最大で２０％を超えていた。
【００５７】
【表１】

【００５８】
【表２】

【００５９】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、水中に懸汚している比重の小さい粉体と比重の大きい粉体を均一に混合して、組成が均一なスラリーを製造でき、これを脱水して、均一な組成の脱水物を得ることができる。特に、粉コークスなどの炭素を含む比重の小さい粉体と酸化鉄などの比重の大きい粉体の混合物を製造することには有効な方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】シックナーと脱水機を用いる従来の方法による粉体のスラリーの混合と脱水を行う装置の図である。
【図２】攪拌槽と脱水機を用いる本発明方法による粉体のスラリーの混合と脱水を行う装置の図である。
【図３】攪拌槽の詳細な構造を示す図である。
【図４】スラリーの粉体の平均粒径と均一な混合が行える攪拌槽の側壁近傍での最低上昇流速の関係を示す図である。
【図５】攪拌槽内部のスラリー液面の高さをあまり変化させない方法で混合を行う方法を実施する装置の図である。
【図６】攪拌槽から脱水機の間でスラリーを濃縮する方法を実施する装置の図である。
【符号の説明】
１スラリー槽
２スラリー供給ポンプ
３配管
４シックナー
５排汚ポンプ
６配管
７排汚脱水機
８第一スラリー備蓄槽
９第二スラリー備蓄槽
１０原料スラリー配管
１１原料スラリーポンプ
１２攪拌槽
１３混合スラリー配管
１４混合スラリーポンプ
１５脱水機
１６モーター
１７パドル
１８第一調合槽
１９第二調合槽
２０調合スラリー配管
２１調合スラリーポンプ
２２沈殿槽
２３濃縮スラリー配管
２４沈殿スラリーポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for producing a dehydrated product such as a mixed slurry or a dehydrated cake by mixing a plurality of powders having different specific gravity in a wet process. In particular, this is an effective technique for mixing powder containing metal oxide and powder containing carbon.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a slurry is produced by stirring powder in water. For example, in a paint manufacturing process, zinc oxide or aluminum oxide powder is suspended in an aqueous solution to produce a slurry. Thus, conventionally, a slurry of powder and water is produced for various purposes. In the method of making these slurries into a mixed product or the like, a powder of about several to 100 microns is mixed in a ratio of 10 to 50% by mass with respect to water, and this is stirred to produce a uniform slurry. Has been done.
[0003]
In these methods, first, the powder is supplied into the water in the stirring tank, and the mixed slurry is stirred and mixed. In this operation, mixing is performed over time so that water and powder are uniform. When the product has a low water content and a clay-like product, after mixing is completed, the product is sent to a dehydrator to dehydrate this slurry.
[0004]
As an operation in which a large amount of slurry is mixed, for example, there is wet cement production. In this method, powders obtained by pulverizing raw material limestone, clay, iron oxide powder and the like are uniformly mixed in a wet stirring tank. The mixed slurry produced here is supplied to a rotary kiln for cement, which is fired to produce Portland cement.
[0005]
In various industries, a slurry obtained by precipitating a slurry generated from a wet reaction layer, a wet dust remover, or a water treatment process with a thickener or the like is processed. In some cases, this slurry is mixed for the purpose of mixing raw materials for recycling or the like. In the iron and steel industry, some powdered ores and iron oxide-containing dust of by-products in the iron making process are mixed in a wet manner, and this is used as a raw material for iron making.
[0006]
In the metal industry such as the steel industry and nonferrous metal refining, slurry mixing is often performed. In particular, in the metal industry, powdered metal oxide is often mixed with pulverized coal or powdered coke. Since this mixing process has better mixing characteristics than the dry process, a wet mixing operation is performed. For example, in the example of slurry preparation and mixing in the iron and steel industry, fine powder iron and chromium oxide powder and powder coke are mixed into a slurry to make a raw material for a rotary kiln for reduction. Yes. First, the mixed slurry is dehydrated to adjust moisture. Thereafter, a method of producing metallic iron or metallic chromium by firing and reducing with a rotary kiln is performed. As described above, there are many needs for mixing powder containing metal oxide, which is a metal raw material, and carbon, which is a reducing agent, in a high-temperature reactor. It is an important technology for industry.
[0007]
Thus, conventionally, to produce a uniform slurry by stirring and mixing powder in water has been performed to dehydrate it. This technology is implemented not only in the metal industry, but also in the chemical industry, ceramic industry, various mining industries, etc., and is an important treatment method in these manufacturing processes and dust treatment processes.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
A technique of stirring and mixing fine powder slurry is widely performed, and it is important to perform this technique properly. In particular, it is very important to produce a uniform mixed slurry by mixing two or more kinds of powders having different compositions.
[0009]
However, in the prior art, even when mixing a plurality of powders, it is relatively easy and simple to mix powders having specific gravity close to each other. For example, it was easy to mix aluminum oxide and silicon oxide powder. The true specific gravity of these powders is a mixture of powders having a small difference of around 3. Therefore, since there is little influence of the difference between different powders in gravity sedimentation in water, it is easy to mix a plurality of types of powders in water.
[0010]
However, on the other hand, when mixing powders having a large specific gravity difference, there was a problem in the operation. For example, in an example of mixing iron powder and aluminum oxide powder, the true specific gravity of iron powder is about 8 kg / liter, whereas the true specific gravity of aluminum oxide is about 3 kg / liter. Even if the slurry containing these two kinds of powders is mixed, there is a problem that a slurry having a uniform composition cannot be obtained unless proper mixing is performed. When stirring and mixing inside a container having a small diameter of about several tens of centimeters, it is easy to stir well and it is possible to produce a uniform slurry. However, in the stirring and mixing of slurries on an industrial scale, the present situation is that the stirring device is large and uniform mixing by stirring is difficult.
[0011]
In the actual operation of mixing, usually, about 500 liters of water is put into a batch type mixing tank having a diameter of about 1 meter and stirred vigorously in a highly concentrated slurry for 30 minutes or more. . After mixing, the slurry is extracted from the mixing tank. In such a conventional slurry stirring method, there is only recognition that strong stirring is required, and there is a problem in terms of uniform stirring. First, in this method, an appropriate mixed state cannot be realized in a short time, and a uniform composition often cannot be obtained unless stirring is performed for a long time. That is, in the stirring time of about 10 to 15 minutes, the produced slurry was non-uniform and there was a variation in the composition of about 10 to 20% in the partial portion. Accordingly, since stirring takes time, there are problems in productivity and cost. Furthermore, since it is a processing of a small lot, there is a problem in productivity. For example, a mixing process of 10 tons of powder per hour could not be performed.
[0012]
In addition, there is a problem in the method of obtaining a dehydrated product by mixing slurry made of fine iron oxide powder made of fine iron oxide powder and powder coke, which is performed in the metal industry. This treatment is accompanied by the difficulty of a large treatment scale because a large amount of powder is mixed. For example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-25934, a method of mixing a dust collection dust slurry has been made.
[0013]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a conventional apparatus for performing this process in the prior art. This apparatus was composed of a slurry tank 1, a slurry supply pump 2 and a pipe 3, a thickener 4, a waste fouling pump 5 and a pipe 6, and a waste fouling dehydrator 7. Generally, in this process, a processing capacity of 10 to 20 tons per hour is required. In the process of performing this treatment, first, ironmaking dust and powder coke were mixed inside the slurry mixing tank 1 to produce a relatively thin slurry. This slurry is put into a large circular thickener 4 having a diameter of 20 to 30 meters by the slurry supply pump 2 and the pipe 3, and the powder is settled to the bottom. The concentrated slurry that settled on the bottom of the thickener was removed from the bottom of the thickener, and this was sent to the dehydrator 7 by means of the drainage pump 5 and the pipe 6. It dehydrated here and the dehydrated cake was obtained. The dehydrated cake was reduced by a rotary kiln.
[0014]
Since a technology for dealing with such a large amount of slurry with a high-efficiency small apparatus is lacking, the conventional technology requires a large facility such as this method, and a process with low productivity has been performed. By the way, in the equipment having the configuration shown in FIG. 1, the size of the occupied land is required to be 60 to 80 m on a side, and the equipment cost is high. In addition, since a relatively thin slurry is produced and then concentrated successively, the amount of water used is large, and the water is contaminated, so that the cost of sewage treatment is high.
[0015]
There was also a problem with the uniformity of the slurry and dehydrated cake obtained by this method. As a result of investigating the composition of the dehydrated cake obtained by this method, it was found that the variation in composition was large. When the mixed state was investigated using the mass ratio of iron oxide and carbon as an index, the mass ratio was 4.3 on average, and the analytical value in the partial portion was 5.3 at the maximum and 3.6 at the minimum. It was. Thus, as a result of mixing by the conventional technique, the composition also varies greatly and mixing is insufficient.
[0016]
The reason for this is that powder coke has a specific gravity of about 1.6 kg / liter, and iron oxide has a specific gravity of about 4.5 kg / liter, and there is a large difference in specific gravity between them. This is because the sedimentation speeds of the two in water are greatly different, and in a device such as a thickener with insufficient stirring, powder separation occurs in water after mixing. Furthermore, when the slurry is transported from the thickener to the inside of the pipe of the dehydrator, knowledge about the transport conditions is insufficient, and there is also a problem in this respect. That is, when the transport state is not appropriate, powders having different specific gravity in the slurry may be separated in the pipe. Therefore, inside the thickener, even if it is relatively uniform, it is separated in the pipe. There was also a problem that the compositional variation after dehydration became large.
[0017]
As a result, for example, when this is used as a raw material for a rotary kiln type or rotary hearth type reduction furnace, there has been a problem that the components of the dewatered cake are uneven in portions. As a result, the reduction reaction in the rotary kiln changed greatly over time, sometimes the reduction rate decreased, and sometimes the reaction gas was excessive due to excess carbon, which caused major operational problems. .
[0018]
The mixed slurry or the dehydrated slurry is uniformly mixed and calcined and reduced in a rotary kiln type or rotary hearth type reduction furnace. At this time, it is important to mix iron oxide, which is a raw material to be reduced, and carbon, which is a reducing agent, at an appropriate ratio in order to perform an efficient reduction reaction. Therefore, the correct ratio of carbon and oxide is mixed by mixing. Therefore, it is important to make the (iron oxide) / (carbon) ratio of the mixture a small tolerance.
[0019]
Actually, in a rotary hearth type reduction furnace, it is necessary to make the molar ratio of the combined oxygen of carbon and iron oxide necessary for reduction appropriate. When carbon is insufficient, iron reduction is insufficient. When the amount of carbon is 10% or more less than the amount required for the reaction, the reduction rate decreases rapidly. Under the operating conditions in which a reduction rate of 90% was obtained when there was an appropriate amount of carbon, and when the amount of carbon was reduced by 10%, the reduction rate was only reduced to about 80 to 85%. When 15% is reduced, the reduction rate is reduced to about 70%. Moreover, even if there is too much carbon, carbon powder may remain between the reduced iron particles inside the manufactured molded body, and the strength of the reduced iron molded body may be reduced. As a result, problems have arisen in the transport and dissolution process of the reduced iron molded body. Therefore, the fluctuation of the ratio of (iron oxide) / (carbon) has been desired to be within 10%, but the prior art has not always protected it.
[0020]
As described above, in the prior art, there is no technique for efficiently mixing powders having different specific gravities to produce a slurry having a uniform composition, or for producing a dehydrated cake having a uniform composition using this as a raw material. It was enough. Therefore, a new technique for solving this problem has been demanded.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above problems, and the gist thereof is as follows.
(1) Powder having a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter and true specific gravity of 3.3 kg / liter that's all In the slurry agitation tank, the mixed powder slurry containing the above powder is caused to generate a downward flow in the center side slurry, and an upward flow is generated in the outer peripheral side slurry. The value shown in: The slurry mixing method characterized in that the slurry is mixed for 5 minutes or more under a condition greater than V, where V = 0.0072R, where V is the minimum ascending flow rate (m / S), R is the average particle size (microns) of the powder,
(2) Powder having an average particle size of 4 to 30 microns, a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter, 5% by mass or more, and a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more The slurry of the mixed powder containing the body in a ratio of 30% by mass or more is generated in the slurry agitation tank by generating a downward flow in the center-side slurry and generating an upward flow in the outer-side slurry. A slurry mixing method, characterized by mixing the slurry for 5 minutes or more under a condition where the flow velocity is greater than 0.2 meters per second;
(3) A plurality of types of slurry are supplied from a plurality of slurry storage tanks to a slurry agitation tank, and a powder having a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter and a powder having a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more. The mixed powder slurry containing the body is prepared, and a downward flow is generated in the slurry on the center side in the slurry agitation tank, and an upward flow is generated in the slurry on the outer peripheral side. The slurry mixing method according to (1), wherein the slurry is mixed for 5 minutes or more under a condition that is greater than V:
(4) Supplying a plurality of types of slurry from a plurality of slurry storage tanks to a slurry agitation tank, and having an average particle size of 4 to 30 microns and a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter A slurry of a mixed powder containing 5% by mass or more of a powder and a powder having a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more at a ratio of 30% by mass or more is prepared in the slurry agitating tank. A downward flow is generated in the slurry, and an upward flow is generated in the slurry on the outer peripheral side, and the slurry is mixed for 5 minutes or more under a condition where the flow rate of the upward flow is larger than 0.2 meters per second. The slurry mixing method according to (2),
(5) The ratio of the volume of moisture in the slurry inside the slurry agitation tank to the total of the true volume of the powder is 270% or more, and the slurry according to any one of (1) to (4) above Mixing method,
(6) The Reynolds number calculated from the average flow velocity at the stirring device portion of the slurry in the slurry stirring tank, the maximum diameter of the slurry stirring tank, the slurry specific gravity, and the slurry viscosity is 7,000 or more. The slurry mixing method according to any one of (1) to (5),
(7) The slurry mixing method according to the above (5), wherein the power of the stirring device for creating a flow in the slurry stirring tank is 300 watts or more per ton of slurry,
(8) The slurry is stirred in such a manner that the ratio of the slurry liquid depth in the slurry agitation tank to the length of the maximum diameter portion in the horizontal direction of the slurry agitation tank is in the range of 0.5 to 1.85. The slurry mixing method according to any one of (1) to (7),
(9) Measure the slurry moisture in the slurry agitation tank or slurry agitation tank, and if the moisture ratio is lower than the target moisture, add water or a slurry with low powder concentration, and the moisture ratio is the target moisture A slurry having a high powder concentration and a powder having a water content of 30% by mass or less, or a mixture of the slurry according to (5) above, which is added alone or in combination.
(10) The total proportion of the powder containing 5% by mass or more of powder containing 50% by mass or more of carbon and metal iron, iron oxide, manganese oxide, nickel oxide, chromium oxide, and zinc oxide is 30% by mass. The slurry mixing method according to any one of (1) to (9) above, wherein a slurry including the powder mixture configured as described above is used.
(11) After stirring in the slurry preparation tank, the slurry is supplied to the slurry stirring tank, and the slurry is mixed by the method according to any one of (1) to (10) in the slurry stirring. A slurry dewatering method characterized in that the slurry is continuously supplied to a dehydrator and dewatered.
(12) The slurry mixed by the method according to any one of (1) to (10) is transported to a dehydrator in a slurry pipe from a slurry agitation tank to a dehydrator, and the slurry is dehydrated by the dehydrator. A method for dehydrating a slurry, characterized by dehydrating;
(13) In a plurality of slurry agitation tanks, the slurry mixed by the method according to any one of (1) to (10) above is sequentially switched and transported to a dehydrator through a slurry pipe. A slurry dewatering method, characterized by dewatering the slurry;
(14) As a dehydrator, the slurry is poured onto a felt-like filter cloth, and this is squeezed with a pair of upper and lower squeezing rolls, a type of dehydrator, a filter press type dehydrator, a centrifugal decanter, or a vacuum dehydration type dehydrator Any one of the above-mentioned machines, and the slurry dehydration method according to any one of (11) to (13), and
(15) The slurry mixed by the method described in (5) above is sent to the settling tank through the slurry piping from the slurry agitation tank to the dehydrator, and after increasing the powder concentration of the slurry in the settling tank, Using slurry piping, pour the slurry onto a felt-like filter cloth and send it to a dehydrator of the type that squeezes it with a pair of upper and lower squeezing rolls, or filter press dehydrator, and dehydrate with the dehydrator A method for dehydrating a slurry.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first method of the apparatus for carrying out the present invention is shown in FIG. This apparatus comprises a first slurry storage tank 8, a second slurry storage tank 9, a raw slurry pipe 10, a raw slurry pump 11, a stirring tank 12, a mixed slurry pipe 13, a mixed slurry pump 14, and a dehydrator 15. The If there are many types of raw material slurry, increase the number of slurry storage tanks. Next, the detailed structure of the stirring tank 12 is shown in FIG.
[0023]
In the first slurry storage tank 8 and the second slurry storage tank 9, slurry composed of different powders is stored. For example, the first slurry storage tank 8 stores a slurry containing a large amount of powder having a relatively small specific gravity, and the second slurry storage tank 9 stores a slurry containing a large amount of a powder having a relatively large specific gravity. When using a slurry that has already been blended, one slurry storage tank may be used.
[0024]
In addition to the above method, the slurry is prepared by supplying dry powder or water that contains water but has no fluidity, usually 25% by weight or less into water. Then, the slurry is prepared and directed to the following processing.
These slurries are transported to the stirring tank 12 using the raw slurry pipe 10 and the raw slurry pump 11. In the stirring tank 12, the slurry is stirred and mixed to produce a slurry having a homogeneous composition. The slurry targeted by the present invention is a mixed powder of a powder having a small specific gravity, a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter, and a powder having a large specific gravity and a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more. Is configured. Hereinafter, a powder having a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter is referred to as a light powder, and a powder having a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more is referred to as a heavy powder.
[0025]
Examples of specific types of these powders include light coke such as powdered coke and powdered coal, and the true specific gravity is about 1.2 to 2.0 kg / liter. Heavy powders include fine ores, dusts containing iron oxides generated in the ironmaking industry such as converter gas dust, fine scales generated in the rolling process generated in the ironmaking industry, and fine chromium ores. The specific gravity is about 3.3 to 6 kg / liter. The present invention is particularly effective in the mixing of metal oxides with powdered coke and powdered coal in the metal refining industry. When powder coke or pulverized coal, which is a reducing agent, is used as the mixed powder for reduction treatment, and powdered ore, powdered chrome ore, or iron-containing dust such as iron making is used as the reducing agent, the light powder is 5% by mass. In addition, heavy powder is often included at a ratio of 30% by mass or more. For this reason, in the present invention, the processing method is defined so that it is particularly effective to mix the mixed powder slurry in such a ratio.
[0026]
The manufacturing method of the uniform composition slurry inside the stirring vessel 12 according to the present invention is as follows. Details of the agitation tank 12 are shown in FIG. First, the stirring tank 12 is a cylindrical or polygonal column type container having a diameter of 3 to 6 meters. At the center of the stirring tank 12, there is a paddle 16 for stirring the slurry. The paddle 16 is driven and rotated by the electric motor 17 and creates a flow so that the slurry flows downward on the center side of the stirring tank 12. As a result, a downward flow is formed on the central side of the stirring tank 12, and this downward flow hits the bottom of the stirring tank 12, flows to the outer peripheral side of the stirring tank 12, and further rises near the side wall. I will come back.
[0027]
On the other hand, the natural descending speed of the powder in water is proportional to the difference between the true specific gravity of the powder and the specific gravity of water, inversely proportional to the diameter of the powder and inversely proportional to the viscosity of the slurry. Therefore, the light powder has a small specific gravity difference with water, and even if it is not a strong upward flow, the powder rises in the vicinity of the side wall of the stirring tank 12 together with the water. Since there is a difference between the rising speed of the water flow and the rising speed is lower, the absolute rising speed of the powder becomes slower. That is, when the upward flow is slow on the side wall of the stirring tank 12, the ratio of the heavy powder that reaches the upper part of the stirring tank 12 decreases. In order to solve this problem, the present inventors repeated various experiments and elucidated the speed of the upward flow on the side wall of the stirring tank 12 for solving this problem.
[0028]
The present inventors first studied a mixing method using a slurry of powder having an average particle diameter of 3 to 25 microns. With this particle size, it has been clarified that uniform mixing can be achieved when the speed of the slurry upward flow near the side wall of the stirring vessel 12 is 0.2 meters or more per second. Under this flow rate condition, even with a heavy powder in the slurry, the absolute rising speed of the powder is sufficient at this slurry rising speed. Therefore, under this condition, even a heavy powder in the slurry is stably sent to the upper part of the stirring tank 12. As a result, the difference in the slurry concentration between the lower part and the upper part of the agitation tank 12 falls within 10% as a relative error, and the difference between the light powder and the heavy powder in the agitation tank 12 is also a relative error. The state is within 10% (hereinafter referred to as a uniform state). In addition, the evaluation of the uniformity of mixing in the present invention is carried out by using the raw material (iron oxide) / (necessary for firing and reducing the mixed slurry or slurry dehydrated material in a rotary kiln type or rotary hearth type reducing furnace. Carbon) ratio tolerance.
[0029]
On the other hand, in this slurry, when the upward flow velocity in the vicinity of the side wall was 0.2 meters or less per second, the rising of the heavy powder was insufficient. As a result, it has been found that the heavy powder in the slurry is unevenly distributed in the lower part and does not become uniform. In particular, this phenomenon was more remarkable as the particle size of the powder was larger.
[0030]
Therefore, the present inventors further studied a stirring method having a good mixing state with slurries composed of various average particle diameters. As a result, it was clarified that the slurry composed of the powder having a small particle diameter has no problem in uniformity even when the rising flow velocity in the vicinity of the side wall of the stirring vessel 12 is relatively small. Therefore, the present inventors investigated the relationship between the slurry ascending flow rate (hereinafter referred to as the minimum ascending flow rate) in the vicinity of the side wall of the stirring vessel 12 capable of realizing a state in which a uniform state can be realized and the average particle size of the slurry powder. .
[0031]
As a result of this experiment, it was found that the minimum ascending flow rate also increased in proportion to the average particle size of the slurry powder. This relationship is shown in FIG. 4, and when this is shown in the equation, a relationship of (minimum ascending flow rate) = 0.0072 (average particle size) was obtained. Units are minimum ascending flow rate in meters per second and average particle size in microns. That is, if a slurry flow rate exceeding the minimum ascending flow rate given by the relationship of the above equation is achieved in the vicinity of the side wall, a uniform state can be realized.
[0032]
The inventors have further researched and found that if the mixing ratio of powder and moisture is inappropriate, the viscosity of the slurry is too high and the slurry cannot be mixed. investigated. If the present invention is a slurry to be mixed, the volume ratio of water is 220% or more of the volume of the powder, and the slurry starts to flow suitable for mixing inside the agitation tank 12, and further 270%. In other words, it was confirmed that the mixture could be easily and uniformly mixed. Therefore, it was found that the water volume of the slurry in the stirring tank 12 is preferably 270% or more of the powder volume.
[0033]
Furthermore, the present inventors have clarified that the disturbed state of the entire slurry inside the stirring tank 12 also affects the uniform mixing. In order to improve the stirring, it is an effective means to bring the slurry into a sufficiently developed turbulent state. It is well known that the development state of turbulent flow can be evaluated by the Reynolds number, which is a dimensionless number representing the flow state of hydrodynamics. The Reynolds number is a dimensionless number obtained by dividing the product of the fluid flow velocity, the density, and the representative length of the container (tube diameter, container height, etc.) by the viscosity. Therefore, the present inventor observed the state of the flow inside the stirring tank 12, and selected a physically meaningful representative length and flow velocity in this flow state. As a result, the slurry flow rate in the paddle 16 portion was adopted as the fluid flow rate, and the diameter of the stirring tank 12 was adopted as the representative length.
[0034]
As a result of experiments, the present inventors have clarified that when the Reynolds number calculated with the above numerical value exceeds 3,000, turbulent flow starts to develop, and when it exceeds 6,000, fully developed turbulent flow is obtained. did. Further, when a sample of the slurry was collected, it was confirmed that a uniform state could be realized more sufficiently when the Reynolds number was 7,000 or more. Under this high Reynolds number condition, even uniform mixing was achieved even under the above-described conditions, that is, the minimum ascending flow rate was realized. According to the experimental results obtained by the present inventor, the difference in slurry concentration between the lower part and the upper part is within 7% in terms of the relative error under the condition where the Reynolds number is 7,000 or more, and the light and heavy powder in the stirring tank 12 It has been found that good results can be obtained in which the upper and lower differences in the ratio of the powder are within 7% in relative error.
[0035]
Among the above, when the ratio of the volume of moisture in the slurry in the stirring vessel 12 which is a particularly favorable mixing condition to the total true volume of the powder is 270% or more, the rising speed in the vicinity of the side wall Was searched for conditions of stirring intensity capable of carrying out conditions of 0.2 meter per second and Reynolds number of 7,000 or more. If the water content is 270% or more, the slurry viscosity does not become extremely high, so the stirring power does not become excessive. Under these conditions, the present inventors have clarified that if a stirring power of 300 watts or more per 1 ton of slurry mass is applied, the Reynolds number can be set to 7,000 or more, and the mixed state is good. In general, since it is difficult to continuously measure the Reynolds number, it is an effective method to perform mixing using stirring power as a guide.
[0036]
The shape of the stirring tank 12 also affects the mixed state. The ratio of the distance between the holding water surface and the bottom of the stirring tank and the diameter of the stirring tank (bath depth / diameter ratio) is also an important mixing condition. This is because if the water depth is deeper than the diameter of the tank, the direction in which the slurry moves up and down becomes larger, and due to the influence of gravity, the difference in slurry concentration between the upper and lower parts in the stirring tank increases, and the heavy powder in the lower slurry The phenomenon of increasing the ratio of. On the other hand, if the water depth is too shallow than the diameter of the tank, the stirring bath becomes flat and the horizontal uniformity is hindered. The present inventors conducted various experiments and found that the stirring effect of the mixing method of the present invention is large when the ratio of the bath depth to the diameter of the stirring tank is around 1. In order to realize a good mixed state, an appropriate mixed state can be secured if the bath depth / diameter ratio is in the range of 0.5 to 1.85.
[0037]
By dehydrating the uniformly mixed slurry by the above method, a dehydrated cake mixed uniformly in composition is produced. The slurry produced by the above-described method is transported to the dehydrator 15 by the mixed slurry pipe 13 and the mixed slurry pump 14. It is preferable that the fluid inside the transport pipe 13 is in a turbulent state so that separation of light powder and heavy powder does not occur inside the transport pipe 13. For this reason, it is also effective to set the Reynolds number of the slurry inside the transport pipe 13 to 2,000 or more. The Reynolds number is calculated from the diameter of the pipe, the average flow velocity in the pipe, the density and viscosity of the slurry.
[0038]
As described above, since it is a good processing condition to set the bath depth / diameter ratio in the stirring layer 12 to an appropriate range, the change in the height of the slurry liquid level due to the operation of discharging to the dehydrator is controlled. That is important. That is, when the height of the slurry liquid level changes too much, the mixed state of the slurry changes. In particular, if the slurry is discharged to the lower part of the stirring tank, a uniform mixed state may not be realized. Therefore, it is desirable to stop the discharging until a part of the slurry remains in the stirring tank.
[0039]
In the dehydrator 15, the water content of the slurry is mechanically reduced. In the slurry composed of the powder having this particle size, when the moisture content is 15 to 33% by mass, the slurry can be transported by a belt conveyor or the like, and thus dehydrated to become this moisture. Any type of dehydrator 15 may be used, but the slurry is poured onto a felt-like filter cloth, and this is squeezed with a pair of upper and lower pressure rolls (hereinafter referred to as a twin roll dehydrator), a filter press It is desirable to use a type, a centrifugal dehydrator or a vacuum dehydrator.
[0040]
Dewatering with a twin roll dehydrator can make the water content 20-30% by mass, even in the case of a slurry composed of fine particles with a particle size of 4-20 microns, and the shape of the dehydrated product is flakes. Therefore, it is an advantageous shape when used as a raw material for a subsequent process, and is a good method. This is also an effective method because the slurry of fine particle size powder can be made 20 to 30% by mass even in the case of dewatering by the filter press method. Further, a centrifugal dehydrator or a vacuum dehydrator is an effective method for dehydrating a powder having a slightly coarse particle size of 10 to 50 microns.
[0041]
In the present invention, in order to perform dehydration continuously, there is also a method of installing a plurality of stirring tanks 12. Unit operations are performed in the order of raw material slurry reception, mixing, and slurry delivery in one agitation tank 12, and this is performed in a plurality of agitation tanks 12, whereby the slurry is continuously sent to the dehydrator. . For example, a method of sending the slurry to the dehydrator 15 while receiving and mixing the raw slurry in the second mixing tank while switching the slurry in the first mixing tank is effective.
[0042]
Using the apparatus shown in FIG. 5 is also an effective method for further improving the method for dewatering the slurry uniformly mixed by the method of the present invention described so far. This apparatus includes a first slurry storage tank 8, a second slurry storage tank 9, a raw slurry pipe 10 and a raw slurry pump 11, a first mixing tank 18, a second mixing tank 19, a mixed slurry pipe 20 and a mixed slurry pump 21, It comprises a stirring tank 12, a mixed slurry pipe 13, a mixed slurry pump 14, and a dehydrator 15. If there are many types of slurry, additional slurry storage tanks may be added. Moreover, depending on the case, the number of preparation tanks may be 1 and there may be 3-5.
[0043]
First, a predetermined amount of slurry is sent from the first slurry storage tank 8 and the second slurry storage tank 9 to the first preparation tank 18. In the first preparation tank 18, the slurry is mixed uniformly. The mixing method in the first mixing tank 18 is not particularly limited, and there are several methods. Since the mixing is performed again after this, the mixing may be slightly less uniform. However, if the above-described stirring conditions of the present invention are observed, the mixing effect is large.
[0044]
After mixing in the first preparation tank 18, the mixture is sent from the first preparation tank 18 to the stirring tank 12 using the preparation slurry pipe 20 and the preparation slurry pump 21. While the prepared slurry is being sent from the first preparation tank 18, the slurry is similarly received and mixed in the second preparation tank 19. After the preparation slurry feed from the first preparation tank 18 is finished, the slurry transport is switched from the second preparation tank 19.
[0045]
In the agitation tank 12, the slurry is mixed and held by generating a downward flow in the center-side slurry and generating an upward flow in the outer-side slurry. The ascending flow velocity in the vicinity of the side wall of the stirring tank 12, the Reynolds number in the tank, the moisture ratio, the stirring power, and the like, which are good conditions for mixing by this method, are those of the present invention in which slurry mixing is performed in the apparatus of FIG. Same as mixing conditions. In the agitation tank 12, the mixed slurry is continuously supplied to the dehydrator 15 by the mixed slurry pipe 13 and the mixed slurry pump 14, and dehydrated. The conditions for dehydration are the same as those described above.
[0046]
In this method, it is advantageous that the level of the slurry liquid level in the stirring tank 12 does not change much. As described above, when the level of the slurry liquid frequently changes, the stirring conditions change and uniform mixing cannot be performed. However, in this method, since the slurry liquid level is not greatly changed, the effect of uniform mixing is great. As a result, the uniformity of the composition of the dehydrated cake is good. In this method, when the capacity of the stirring tank 12 is larger than the dispensing speed, one mixing tank is used. Moreover, when the switching frequency of a mixing tank is short, 3-5 mixing tanks may be installed.
[0047]
In the method of the present invention, it is effective to keep the slurry moisture inside the stirring vessel 12 as constant as possible. When the volume ratio of moisture and powder is constant, slurry mixing conditions such as slurry viscosity can be kept good. Therefore, controlling slurry moisture is an effective means. Therefore, the slurry moisture is measured, and if the moisture ratio is lower than the target moisture, water or a slurry having a low powder concentration is added. When the moisture ratio is higher than the target moisture, a slurry having a high powder concentration or a powder having a moisture content of 30% by mass or less is added. As a method for measuring slurry moisture, there are a method of using a light transmission type measuring device, a method of measuring slurry viscosity that is strongly influenced by slurry moisture, and the like.
[0048]
When a twin roll dehydrator or a filter press type dehydrator is used as the dehydrator, if a dilute slurry is used, the processing speed of the dehydrator decreases. It is an effective means to concentrate. An example of an apparatus for carrying out this method is shown in FIG. Inside the agitation tank 12, the slurry uniformly mixed by the above-described method is sent to the precipitation tank 22 using the mixed slurry pipe 13 and the mixed slurry pump 14, and after increasing the slurry concentration in the precipitation tank 22, Further, the concentrated slurry pipe 23 and the concentrated slurry pump 24 are used to send to the twin roll type dehydrator or the filter press type dehydrator 15 for dehydration. When this method is performed, for example, a slurry in which water is mixed at 320% of the powder volume is dehydrated as it is with a twin roll type dehydrator, whereas in the precipitation tank 20, the slurry water is concentrated to 250% of the powder volume. Then, the processing speed is improved by about 20%.
[0049]
【Example】
The processing result by the mixing and dehydration method of the slurry performed using this invention is shown. The raw material powder used is a mixture of fine iron ore having an average particle size of 17 microns and a true specific gravity of 4.55 kg / liter and powder coke having an average particle size of 25 microns and a true specific gravity of 1.66 kg / liter. It is. The mixing ratio was 80% by mass of fine iron ore and 20% by mass of fine coke. The average particle size of the powder was 21 microns. The slurry which uses this powder as a raw material was mixed, and the process which dehydrates this was performed. The transport from the stirring tank 12 to the dehydrator 15 has a Reynolds number of 2,0000.0.0. It was the above conditions.
[0050]
The uniformity was evaluated based on the variation of (iron oxide) / (carbon ratio). Three samples of the slurry were collected every 5 minutes from five locations in the stirring tank 12. Ten samples were collected from the dehydrated product. This was chemically analyzed to determine (iron oxide) / (carbon ratio). In addition, the iron oxide content rate of the fine iron ore was 93%, and the carbon ratio of the fine coke was 86%.
[0051]
In Examples 1 to 3, processing at 15 cubic meters per hour was performed with the apparatus configuration shown in FIG. The results are shown in Table 1. In Example 1, the slurry was a mixture of water at a ratio of 245% of the powder volume. The slurry was mixed in a stirring tank 12 that formed a downward flow at the center and an upward flow near the side wall. The flow rate of the upward flow near the side wall in this treatment was 0.37 meters per second, the Reynolds number in the tank was 5,070, and the stirring power was 210 watts per ton of slurry. In this process, the configuration of the processing apparatus is as in the present invention, and the flow velocity of the upward flow in the vicinity of the side wall was within the range of the present invention. Therefore, both the slurry sample and the dehydrated sample in this process The relative value of the difference between the maximum / minimum and average values of (iron oxide) / (carbon ratio) was within 10%.
[0052]
In Example 2, the slurry was the same as Example 1 in which the volume of water was mixed at a ratio of 245% of the powder volume. The flow rate of the upward flow near the side wall in this treatment is 0.47 meters per second, the Reynolds number in the tank is 8,200, the stirring power is 412 watts per ton of slurry, and the slurry in the stirring tank 12 Stirring was stronger than in Example 1 and was a treatment with a high turbulent density of the slurry. This result shows that the difference between the maximum / minimum and average values of the (iron oxide) / (carbon ratio) analysis values of the slurry and dehydrated material is even smaller, and the relative value is within about 7%. there were.
[0053]
In Example 3, the slurry was a slurry in which the volume of water was mixed at a ratio of 290% of the powder volume, and the amount of water was higher than in Example 1. In this process, the Reynolds number in the tank was 8,200, which was the same as in Example 2. In this case, the upward flow velocity in the vicinity of the side wall was 0.51 meter per second, which was larger than Example 2. The stirring power was 345 watts per ton of slurry, which was a smaller condition than in Example 2. Since this was a slurry with a lot of water and a low viscosity, even when the Reynolds number was the same, the flow rate was large and the stirring power was small despite the large flow rate. In this treatment, the mixed state was even better because the upward flow velocity was high near the side wall. The relative value of the difference between the maximum / minimum and average values of the (iron oxide) / (carbon ratio) analysis values of the slurry and the dehydrated product was about 5%.
[0054]
The fourth embodiment is an example of processing in the apparatus shown in FIG. In the stirring vessel 12, the slurry was continuously supplied and discharged. As a result, the change in the slurry liquid level inside the stirring vessel 12 was a small process. As treatment conditions, the water ratio of the slurry was the same as in Example 3, and the Reynolds number in the tank, the flow rate of the upward flow near the side wall, and the stirring power were also the same as in Example 3. The uniformity of mixing was further improved.
[0055]
On the other hand, a comparative example is shown in Table 2. In Comparative Example 1, the apparatus of the present invention shown in FIG. 2 was used. However, the flow velocity of the rising flow near the side wall of the stirring tank 12 was 0.16 meters per second, which was less than 0.23 meters per second of the conditions of the present invention. It was. Moreover, the Reynolds number etc. in a tank were also small processing conditions. The relative value of the difference between the maximum / minimum and average values of the (iron oxide) / (carbon ratio) analysis values of the slurry and dehydrated product in this treatment greatly exceeds 10%, and mixing is insufficient. There was found.
[0056]
Comparative Example 2 is a conventional processing method of simple stirring followed by sedimentation with a thickener. In this method, the mixing was incomplete and the uniformity was very poor. The relative value of the difference between the maximum / minimum and average values of the (iron oxide) / (carbon ratio) analysis values of the slurry and dehydrated product in this treatment exceeded 20% at the maximum.
[0057]
[Table 1]

[0058]
[Table 2]

[0059]
【The invention's effect】
By carrying out the present invention, a powder having a small specific gravity and a powder having a large specific gravity suspended in water can be uniformly mixed to produce a slurry having a uniform composition, which can be dehydrated to obtain a uniform composition. Can be obtained. In particular, it is an effective method for producing a mixture of a powder having a low specific gravity containing carbon such as powdered coke and a powder having a high specific gravity such as iron oxide.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram of an apparatus for mixing and dewatering powder slurry by a conventional method using a thickener and a dehydrator.
FIG. 2 is a diagram of an apparatus for mixing and dewatering a powder slurry according to the method of the present invention using a stirring tank and a dehydrator.
FIG. 3 is a view showing a detailed structure of a stirring tank.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the average particle size of slurry powder and the minimum rising flow velocity in the vicinity of the side wall of the stirring vessel capable of uniform mixing.
FIG. 5 is a view of an apparatus for carrying out a method of mixing by a method in which the height of the slurry liquid level inside the stirring tank is not changed so much.
FIG. 6 is a diagram of an apparatus for carrying out a method of concentrating slurry between a stirring tank and a dehydrator.
[Explanation of symbols]
1 Slurry tank
2 Slurry supply pump
3 Piping
4 Thickener
5 Waste pollution pump
6 Piping
7 Waste soil dewatering machine
8 First slurry storage tank
9 Second slurry storage tank
10 Raw material slurry piping
11 Raw material slurry pump
12 Mixing tank
13 Mixed slurry piping
14 Mixed slurry pump
15 Dehydrator
16 motor
17 paddle
18 First mixing tank
19 Second preparation tank
20 Preparation slurry piping
21 Compound slurry pump
22 Settling tank
23 Concentrated slurry piping
24 Precipitation slurry pump

Claims

A slurry of mixed powder containing a powder having a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter and a powder having a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more flows downward into the slurry on the center side in a slurry agitation tank. And an upward flow is generated in the slurry on the outer peripheral side, and the slurry is mixed for 5 minutes or more under the condition that the flow velocity of the upward flow is greater than the following value: V Mixing method.
V = 0.0072R, where V is the minimum ascending flow rate (m / s), and R is the average particle size (micron) of the powder.

A powder having an average particle size of 4 to 30 microns, a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter is 5% by mass or more, and a powder having a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more is 30%. In the slurry agitation tank, the mixed powder slurry containing a ratio of mass% or more is caused to generate a downward flow in the center-side slurry, and an upward flow is generated in the outer-side slurry. A slurry mixing method, wherein the slurry is mixed for 5 minutes or more under a condition that is greater than 0.2 meters per second.

A plurality of types of slurry are supplied from a plurality of slurry storage tanks to a slurry agitation tank, and include a powder having a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter and a powder having a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more. In the slurry agitation tank, a mixed powder slurry is prepared, a downward flow is generated in the slurry on the center side, and an upward flow is generated in the slurry on the outer peripheral side. The slurry mixing method according to claim 1, wherein the slurry is mixed for 5 minutes or more under the condition of a value greater than V.

A plurality of types of slurry are supplied from a plurality of slurry storage tanks to a slurry agitation tank, and 5 powders having an average particle diameter of 4 to 30 microns and a true specific gravity of 1.2 to 2.0 kg / liter are provided. Prepare a mixed powder slurry containing at least 30% by mass of powder with a true specific gravity of 3.3 kg / liter or more, and descend to the center-side slurry in the slurry agitation tank. A flow is generated, and an upward flow is generated in the slurry on the outer peripheral side, and the slurry is mixed for 5 minutes or more under the condition that the flow rate of the upward flow is larger than 0.2 meters per second. 2. The method for mixing the slurry according to 2.

The slurry mixing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the ratio of the volume of water in the slurry inside the slurry agitation tank to the total true volume of the powder is 270% or more.

The Reynolds number calculated from the average flow velocity in the stirring device portion of the slurry in the slurry stirring tank, the maximum diameter of the slurry stirring tank, the slurry specific gravity, and the slurry viscosity is 7,000 or more. The slurry mixing method according to any one of claims 1 to 5.

6. The slurry mixing method according to claim 5, wherein the power of the stirring device for creating a flow in the slurry stirring tank is 300 watts or more per ton of slurry.

The slurry is stirred such that the ratio of the slurry liquid depth in the slurry agitation tank to the length of the maximum diameter portion in the horizontal direction of the slurry agitation tank is in the range of 0.5 to 1.85. The slurry mixing method according to any one of claims 1 to 7.

Measure the slurry moisture in the slurry agitation tank or slurry agitation tank, and if the moisture ratio is lower than the target moisture, add water or a slurry with low powder concentration, and the moisture ratio is higher than the objective moisture 6. The slurry mixing method according to claim 5, wherein a slurry having a high powder concentration and a powder having a moisture content of 30% by mass or less are added alone or in combination.

5% by mass or more of powder containing 50% by mass or more of carbon, and 30% by mass or more of the total ratio of powders containing metallic iron, iron oxide, manganese oxide, nickel oxide, chromium oxide, and zinc oxide The slurry mixing method according to any one of claims 1 to 9, wherein a slurry composed of a powder mixture is used.

After stirring in the slurry preparation tank, the slurry is supplied to the slurry stirring tank, and the slurry is continuously dehydrated while mixing the slurry by the method according to any one of claims 1 to 10 within the slurry stirring. The slurry is dehydrated by supplying to the slurry and dewatering.

The slurry mixed by the method according to any one of claims 1 to 10 is transported to a dehydrator in a slurry pipe from a slurry agitation tank to a dehydrator, and the slurry is dehydrated by the dehydrator. A slurry dehydration method characterized.

In a plurality of slurry agitation tanks, the slurry mixed by the method according to any one of claims 1 to 10 is sequentially switched and transported to a dehydrator through a slurry pipe, and the slurry is dehydrated by the dehydrator. A method for dehydrating a slurry.

As a dehydrator, any of the type of dehydrator, filter press dehydrator, centrifugal decanter, or vacuum dehydrator dehydrated by pouring the slurry onto a felt-like filter cloth and squeezing it with a pair of upper and lower pressing rolls 14. The method for dewatering a slurry according to claim 11, wherein the slurry is used.

The slurry mixed by the method according to claim 5 is sent to a sedimentation tank by a slurry pipe from a slurry agitation tank to a dehydrator, and after increasing the powder concentration of the slurry in the precipitation tank, The slurry is poured onto a felt-shaped filter cloth and sent to a dehydrator of the type that is squeezed with a pair of upper and lower squeezing rolls, or sent to a filter press dehydrator, and dehydrated by the dehydrator. A method of dewatering the slurry.