JP4156510B2 - 鉱物粒子を微粉砕する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、２０ｍｍから１２０ｍｍの寸法を有する鋼鉄かまたは鋳鉄のボールを有する粉砕体を含む粉砕機によって鉱物粒子を微粉砕する方法に関する。

予め砕かれた鉱物粒子の粒度を減少させるために、水平回転粉砕機内に存在する粉砕ボールを使用するのが現在の技術である。これらのボールの大きさは、新しければ、２２．５ｍｍよりも小さいことはまずない。それにもかかわらず、大きな寸法を有するこれらのボールの機械的な強度は、硬度の半径方向における不均一な分布および熱処理がなされたときに得られる金属構造の半径方向における不均一な分布のために、制限されている。多くの場合、硬度は、中心においてより小さく、これは、結果的に、早期にかつ不規則にボールを摩耗させる。もう１つの欠点は、出力における予め定められた粒度を得るために粉砕機によって必要とされる大きなエネルギーである。粒度が小さくなればなるほど、ますます、大きなエネルギーを必要とする。

実際に、入力製品の粒度が小さければ小さいほど、ボールの大きさを減少させるのが良く、これにより、最小限のエネルギー消費で所定の粉砕効率を得ることができることがすでに知られており、かつ、多くの出版物に記載されている。したがって、決定要因は、粉砕媒体の表面となり、その表面は、粉砕媒体の大きさが減少すれば増加する。

回転粉砕機においては、粉砕機自体を回転させるためのエネルギーは予め定められているのに対して、変化するエネルギーの主要部分は、所定の量だけ充填された粉砕体を動かすのに必要なエネルギーである。粉砕体の充填量が減少すれば、（同じ生産性において）必要なエネルギーは減少する。充填量のこの減少は、寸法の小さな粉砕媒体によって可能であり、その他の条件が同じならば、これは、より効率的な粉砕に寄与する。

本発明の目的は、エネルギーを節約し、かつ、生産性を増大させるとともに、粉砕機の最適な効率を達成することのできる、鉱物粒子を微粉砕するための方法を提供することである。

本発明による方法は、
１５ｍｍ未満の粒度範囲にある高い炭素含有量を有する鋼鉄ペレットまたは鋳鉄ペレットをアトマイゼーションによって製造する工程と、
粉砕されるべき鉱物粒子の粒度および入力供給物と最終製品との要求粉砕比に基づいて予め設定された重量比率で、粉砕機内においてペレットをボールと混合する工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の１つの特徴によれば、混合物におけるペレットの重量比率は、入力における粒子の粒度が減少した場合には増加し、逆に前記粒度が増加した場合には減少する。

鋼鉄または鋳鉄のペレットの炭素含有量は、約０．６％から３．５％であり、また、Ｃｒおよび／またはＭｏと合金を作ることができる。

本発明のさらなる特徴によれば、アトマイゼーション後のペレットは、機械的強度および耐腐食性を増大させることを目的とした有芯焼入のための熱処理を施される。

その他の利点および特徴が、限定しない単なる例として示された以下の本発明の実施形態の説明および添付の図面からより明白となる。

本発明は、鉱物粒子、とりわけ、岩石、鉱石、硫化物精鉱、または、高い金属含有量を有するその他の鉱物、あるいは、一次粉砕機１０において最初の粉砕を予め施された工業用鉱物を微粉砕することに関する。この予備的な粉砕の後に得られる鉱物粒子の大きさは、一般的には、５０ミクロンまたは１００ミクロンよりも大きい。そして、それに続く微粉砕が、二次回転再循環粉砕機１２（閉回路）において実施され、出口１４を出る粒子の粒度を減少させる。また、再循環させない粉砕機を使用することも可能である（図１には示されない開回路）。

自生型の一次粉砕機１０は、岩石の大きさに基づいてそれらの岩石の破砕塊を分離するために、噴霧ライン１８が上方に取り付けられたスクリーン１６に結合される。最も大きな塊は、一次粉砕機１０内において再循環され、最も細かい塊は、二次粉砕回路へ送られる。スクリーン１６の基部は、ダクト１８によって回収タンク２０に接続され、その回収タンク２０は、ポンプ２２を介して、少なくとも１つのサイクロン分離装置２４に接続される。

サイクロン２４は、再循環下層流２６と、１００ミクロン以下の粒度を有する微粉砕に対応した完成品のための排出上層流２８とを備える。パイプ３０は、下層流２６を二次粉砕機１２の供給ホッパー３２に接続し、大きすぎる粒子を再循環させる。

水平回転ドラム３３を備えた二次粉砕機１２は、ホッパー３２に接続された入口３４と、鋼鉄のボール３６およびペレット３８の混合物によって構成された粉砕体または粉砕媒体を含む縦方向チャンバー３５とを備える。二次粉砕機１２の出口１４は、入口３４の高さに比較して下にずれており、また、回収タンク２０の上方に配置された格子４０を備える。

ドラム３３の内部には、ボール３６およびペレット３８が充填レベルまで重力によって蓄えられた状態で、チャンバー３５の全体にわたって分布し、その充填レベルは、入口３４および出口１４よりも低く、かつ、充填量の充填係数によって決まる。粉砕されるべき粒子は、矢印Ｆによって示される軸方向に沿ってチャンバー３５の中へ注入される。

粉砕充填物であるボール３６は、粉砕機内において一般的な形で使用され、また、一般的には鋼鉄または鋳鉄からなり、２０ｍｍから１２０ｍｍの寸法を有する。ボール３６の形状は、正確な直径を備えた球形または円筒形であってもよい。

また、上述した液相における粉砕システムは、開回路または再循環を有する閉回路における乾式粉砕に置き換えることができる。この場合には、流体は、空気である。そのような装置は、とりわけ、セメントを粉砕するのに適している。

本発明は、二次粉砕機１２内における粒子の粉砕比を最適化するために、より小さい寸法のペレット３８をボール３６と混合することからなる。

ペレット３８は、１５ｍｍよりも小さい直径を備えた球形かまたはわずかに扁平な球形を呈する。ペレット３８の化学成分は、約０．６から３．５％の炭素含有量を有する鋼鉄ショットまたは鋳鉄ショットの化学成分であってもよい。鋼鉄または鋳鉄は、Ｃｒおよび／またはＭｏ、あるいは、粉砕するときに発生する摩耗、腐食、および、衝撃に対する耐性を増大させやすいその他の元素との合金としても良い。

鋼鉄または鋳鉄のペレット３８は、有利には、水噴霧法によってか、または、遠心分離法によって得られ、可変粒度範囲は１５ｍｍ未満である。アトマイゼーション工程の後、ペレット３８は、形状選択、寸法による分級、そして、硬度が周囲および中心において均一になることを目的とした有芯焼入をなすための熱処理を施される。

アトマイゼーション工程において、ペレット３８の全体最小冷却速度は、好ましくは、１０℃／秒よりも大きい。

ボール３６との混合物におけるペレット３８の重量比率は、二次粉砕機１２の入口３４における粒子の粒度によって決まる。入力粒子の粒度が小さくなればなるほど、ペレット３８の重量比率は大きくなる。逆に、粉砕されるべき製品の粒子の粒度が大きくなれば、ボール３６の重量比率に比べて、ペレット３８の重量比率を減少させなければならない。粉砕ドラム３３が回転するとき、ペレット３８は小さな粒子に作用するが、ボール３６はより大きな粒子に作用する。さらに、粉砕されるべき製品の粉砕性が、ペレット３８の重量比率に影響を与える場合もある。

粉砕体であるペレット３８およびボール３６は、７．５よりも大きい絶対密度を有する。最も小さなペレット３８は、ボール３６間の間隙に存在し、そのために、充填物の見かけ密度を増加させ、パルプ４２のための容積を解放する。ペレット３８の見かけ密度は、４よりも大きくなければならない。球形ペレットの直径は、好ましくは、１ｍｍから１２ｍｍである。

粉砕されるとき、パルプ４２の層は、粉砕充填物の高さよりも高く、出口１４とほぼ同じ平面上にあり、かつ、入口３４よりも下にある。

図２は、２つの粒子粒度１６０ミクロンおよび３７０ミクロンの場合において、かつ、同じ約３０分の粉砕時間の場合において、粉砕混合物におけるペレット３８の重量比率に対する、粉砕されるべき製品の粒子の粉砕比を示す２つのグラフである。

粒度が１６０ミクロンである曲線Ｆ８０の場合、粒子の粉砕比は、混合物におけるペレット３８の割合が約６０％のとき、最適なもの（約７．５）となる。ペレット３８の割合が、０％から６０％まで変化すれば、粉砕比は、４０％だけ（５．３から７．５まで）線形に増加する。

粒度が３７０ミクロンである曲線Ｆ８０の場合、粒子の粉砕比は、混合物におけるペレット３８の割合が約３０％のとき、最適なもの（約６．２）となる。そして、粉砕比は、ペレット３８の割合が３０％から６０％まで変化すると、きわめて小さい下り勾配で（５．８まで）減少する。粉砕比は、ペレット３８の割合が０％から３０％まで変化すると、１６％だけ（５．３から６．２まで）線形に増加する。

２つの曲線のピークＡおよびＢは、入力における予め定められた粒度に対する粉砕機の最大の粉砕度に対応している。そして、二次粉砕機１２の出力における最終的な最適粒度は、１６０ミクロンの入力粒度の場合には、７．５の粉砕比によって約２０ミクロンとなり、３７０ミクロンの入力粒度の場合には、６．２の粉砕比によって６０ミクロンとなる。

当然ながら、要求される最終的な粒度に基づいて、１０％から８０％までのペレット３８の割合を選択することが可能である。

これによって、粉砕機１２に入力される粉砕されるべき製品の条件（性質および粒度）が同じであれば、以下のような利点が得られる。

−粉砕機を通過する個体材料の流量が同じであれば、水平回転粉砕機の場合には、約１０％から２０％のエネルギーを節約することができ、また、バーチミル(Vertimill)型垂直回転粉砕機の場合には、約３０％から３００％のエネルギーを節約することができる。

−エネルギーが同じで、かつ、出力される粉砕製品の粒度が同じであれば、最大３０％まで生産性を増加させることができる。

−エネルギーおよび流量が同じであれば、粉砕された製品の粒度を改善することができる。

図１に示される水平粉砕機１２が回転しているとき、ペレット３８は格子４０から飛び出ることはなく、それらがボール３６の下に存在するような状態で、重力によってチャンバー３５内に蓄えられており、それによって、縦方向に沿って徐々に変化する厚さを有する底層を形成することがわかった。粉砕しているとき、ほとんどのペレット３８は、パルプ４２の層の高さを越えることなく、出口１４が配置された側に集まる。しかしながら、ペレット３８は、ボール３６の層によって飛び出ることはない。

粒子を微粉砕するための二次粉砕機の上流側に一次粉砕機を備えた粉砕回路の概略図である。 粉砕されるべき製品の粒子の粉砕比を粉砕混合物におけるペレットの重量比に対して示す２つのグラフである。

Claims (11)

1. ２０ｍｍから１２０ｍｍの寸法を有する鋼鉄または鋳鉄のボール（３６）を有する粉砕体を含む回転粉砕機（１２）によって鉱物粒子を微粉砕する方法であって、
   １５ｍｍ未満の粒度範囲にある高い炭素含有量を有する鋼鉄ペレット（３８）または鋳鉄ペレット（３８）をアトマイゼーションによって製造する工程と、
   粉砕されるべき鉱物粒子の粒度および要求粉砕比に基づいて予め設定された重量比率で、粉砕機（１２）内においてぺレット（３８）をボール（３６）と混合する工程と、
   を備えたことを特徴とする、微粉砕方法。
2. 混合物におけるペレット（３８）の重量比率が、入力における粒子の粒度が減少した場合には増加し、逆に前記粒度が増加した場合には減少することを特徴とする、請求項１に記載の微粉砕方法。
3. ペレット（３８）の炭素含有量が、約０．６％から３．５％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の微粉砕方法。
4. ペレット（３８）の鋼鉄または鋳鉄が、Ｃｒおよび／またはＭｏと合金を作ることができることを特徴とする、請求項３に記載の微粉砕方法。
5. アトマイゼーション後のペレット（３８）が、有芯焼入のための熱処理を施されたことを特徴とする、請求項３または４に記載の微粉砕方法。
6. 球形ペレット（３８）の直径が、好ましくは、１ｍｍから１２ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の微粉砕方法。
7. 粉砕されるべき鉱物粒子が、二次粉砕機（１２）の入口（３４）において、一次粉砕機（１０）において最初の寸法減少を施された後に得られた５０ミクロンよりも大きな粒度を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の微粉砕方法。
8. 水平粉砕機または垂直粉砕機において粉砕がなされることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の微粉砕方法。
9. 粉砕体のペレット（３８）およびボール（３６）が、７．５よりも大きい絶対密度を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の微粉砕方法。
10. ペレット（３８）の見かけ密度が、４よりも大きくなければならないことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の微粉砕方法。
11. ペレット（３８）のアトマイゼーション工程において、全体最小冷却速度が、好ましくは、１０℃／秒よりも大きいことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の微粉砕方法。

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