JP4969764B2

JP4969764B2 - 微粉炭の回収方法及び装置

Info

Publication number: JP4969764B2
Application number: JP2003194566A
Authority: JP
Inventors: 浩介木本; 一雄阿部; 逞詮村田
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: JP2005028249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉炭の回収方法及び装置、更に詳しくは、微粉炭に水を加えて形成させた微粉炭−水スラリー（石炭スラリー）から微粉炭（精炭）を回収する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭の選別は、その粒径によって選別方法が異なっているが、例えば、０．５ｍｍ以下の微粉炭は、浮選法によって選別（回収）することが行われている。
【０００３】
従来、浮選法の一つとして、例えば、図７に示すように、（１）原料炭１を粉砕機２で粉砕する工程と、（２）得られた微粉炭３を混合槽４に導入した後、バインダー５および水６を加えて微粉炭の水スラリーを形成する工程と、（３）この微粉炭の水スラリーを攪拌翼を有する横型円筒状の造粒機７に送り、微粉炭の脱灰および造粒を行なう工程と、（４）得られた微小造粒炭のスラリーをコンディショナー８に導入した後、水１０を加えて微小造粒炭の濃度を調整する工程と、（５）濃度調整後の微小造粒炭スラリーに起泡剤又は起泡剤を主成分とする浮選剤９を加える工程と、（６）起泡剤又は浮選剤９を添加後の微小造粒炭のスラリーを浮選機１１に導入して微小造粒炭の浮選を行なう工程により構成されている浮遊回収方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６０−１２２０６５公報（第２頁左上欄第２０行〜第３頁右上欄第１５行、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の浮遊回収方法によれば、微小造粒炭１２は、添加されたバインダーによって石炭単独の場合よりも相対的に疎水性になっているので、起泡剤又は起泡剤を主成分とする浮選剤により生じた気泡に付着して水面に浮上し、一方、石炭中の灰分１３は、炭素分より親水性なので、浮上せずに沈下する。浮上した微小造粒炭１２を、通常の浮選法と同様に、浮選機により捕集すれば、灰分の少ない微小造粒炭１４を得ることができる。
【０００６】
しかし、上記の浮遊回収方法は、微粉炭の回収および選別が浮選機１１によって行なわれているため、微粉炭の回収および選別が浮選機１１の性能に左右されるという問題がある。その上、上記の浮遊回収方法は、上記の如く、（１）〜（６）の６工程から構成されていることから、工程の短縮が要望されている。
【０００７】
本発明は、係る問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、浮選機の不使用、工程の短縮を計ることができる微粉炭の回収方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の微粉炭の回収方法は、微粉炭を含む石炭スラリーより微粉炭の回収を行う微粉炭の回収方法において、前記石炭スラリーの移送経路に捕集剤と気泡剤とを同時に添加し、次いで、これらの混合物を、横型のドラムと、その長手方向に多段に設けたドーナツ板状の仕切板と、該仕切板に囲まれた攪拌室内に設けられ、かつ、前記ドラムを長手方向に貫通する回転軸に装着された攪拌板の両側に放射状に設けられると共に急速回転に供される帯状の攪拌翼を備えた攪拌機によって攪拌エネルギーが２５ｋＷ／ｍ³〜１００ｋＷ／ｍ³となるような急速攪拌で攪拌して微粉炭及び捕集剤の油滴に剪断力を付与させたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、微粉炭とは、比重選別ができなくなる約０．５ｍｍ以下のサイズの石炭のことを言う。
【００１０】
また、急速攪拌とは、従来のコンデショナーによる緩攪拌に対するものであり、攪拌エネルギーが１０ｋＷ／ｍ³以上のことを云い、好ましくは、２５ｋＷ／ｍ³〜１００ｋＷ／ｍ³である。
【００１１】
即ち、従来のコンデショナーは、微粉炭の沈降防止を目的としたスラリーの均一化のための攪拌であり、緩やか、例えば、攪拌エネルギーが数ｋＷ／ｍ³程度で行われるのに対し、本発明の急速攪拌は、微粉炭の粒子及び浮選油の油滴を容器（ドラム）内の固定部分（ドラムの円筒壁面、仕切板、固定翼）や移動部分（攪拌板、攪拌翼）などに強制的に接触させて剪断力を付与し、微粉炭の粒子の表面に油滴を付着、或いは、展着させて、微粉炭の表面の浮選性を改善するために、高い攪拌エネルギーで行われる。
【００１２】
この発明の微粉炭回収方法によれば、急速攪拌のシェアーリング（剪断力付与）により、微粉炭の粒子及び浮選油の油滴に剪断活性面が形成され、この剪断活性面の発生により、過渡的ではあるが表面エネルギーが相対的に上がる。この表面エネルギーの増分により、微粉炭と油滴との会合により微粉炭の表面に油膜が形成できるようになる。
【００１６】
そして、上記の微粉炭回収方法を実施するために使用される微粉炭の回収装置は、次のように構成される。
【００１７】
すなわち、本発明の微粉炭の回収装置は、微粉炭を含む石炭スラリーに捕集剤及び気泡剤を添加する装置と、石炭スラリーに捕集剤及び気泡剤を添加して生成された混合物を攪拌する攪拌機と、気泡剤の気泡を利用して微粉炭を浮揚させる浮遊選別器よりなる微粉炭の回収装置において、前記攪拌機を、横型のドラムと、その長手方向に多段に設けたドーナツ板状の仕切板と、該仕切板に囲まれた攪拌室内に設けられ、かつ、前記ドラムを長手方向に貫通する回転軸に装着された攪拌板の両側に放射状に設けられると共に急速回転に供される帯状の攪拌翼と、ドラム上流側の強攪拌ゾーン内に設置されている仕切板の側面に突出させた帯状又は矩形状の固定翼により形成したことを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、この発明は、石炭スラリーに捕集剤を添加する捕集剤添加手段と、捕集剤の混入した石炭スラリーに起泡剤を添加する起泡剤添加手段とを備えている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る微粉炭の回収装置の概略構成図であり、スラリー調整タンク２１、スラリーポンプ２２、捕集剤添加装置２３、起泡剤添加装置２４、微粉炭表面改質機２５、浮遊式選別器２６により構成されている。
【００２２】
ここで、起泡剤添加装置２４は、捕集剤添加装置２３の下流側に位置しており、捕集剤添加装置２３によって石炭スラリーＳ１に捕集剤Ａを添加した後、石炭スラリーＳ１に起泡剤Ｂを添加するようになっている。
【００２３】
尚、捕集剤添加装置２３は、捕集剤タンク２７と定量供給ポンプ２８により構成され、起泡剤添加装置２４は、起泡剤タンク２９と定量供給ポンプ３０により構成されている。
【００２４】
上記微粉炭表面改質機２５は、図１に示すように、横型多段高速ミキサーとして構成されている。この横型多段高速ミキサー２５は、図示しない支持脚で基盤に支持されたドラム４１と、モーター６１と減速機（図示せず）とを備えて形成されており、モーター６１により駆動される回転軸５１に設けられた攪拌板５２を高速回転することにより、石炭スラリーＳ１中の微粉炭の粒子ｃ及び捕集剤の油滴ａをドラム内筒壁面４１ａ、仕切板４２、攪拌板５２などに接触させて剪断力付与を行って微粉炭を改質するようになっている。
【００２５】
具体的に説明すると、この微粉炭表面改質機２５は、図２に示すように、ドラム４１内に仕切板（バッフル）４２がドラム４１の軸方向に略等間隔に設けられている。この仕切板４２は、上下２枚の半円弧板を向かい合わせ配置したドーナツ板状に形成され、外周側をドラム４１の円筒壁面４１ａに固定すると共に、中央部に石炭スラリーＳ１と捕集剤Ａ及び起泡剤Ｂの混合物Ｓ２及び空気Ｅが流通するための流通路４３が設けられている。なお、仕切板４２を上下２枚の半円弧板とするのは、組立及び分解を容易とするためである。
【００２６】
また、石炭スラリーＳ１の入口４４の近傍に設けられる仕切板４２ａ，４２ｂ、即ち、強攪拌ゾーンＭ内の仕切板４２ａ，４２ｂでは、帯状又は矩形状の固定翼４８が仕切板４２に突設されている。具体的には、第１の仕切板４２ａでは、その両面に固定翼４８が設けられ、第２の仕切板４２ｂでは、入口４４側の片面のみに固定翼４８がそれぞれ複数個、例えば、３個設けられている（図３参照。
）。なお、符号Ｎは、分離ゾーンである。
【００２７】
そして、ドラム４１の両側の軸受部４６，４６で枢支される回転軸５１がドラム４１の内部に配設され、この回転軸５１には、図４に示すように、攪拌翼５３を有する攪拌板５２がボス部５２ａを介して嵌合されている。この攪拌板５２は、回転軸５１の軸方向に対して垂直に設けられると共に、回転軸５１の軸方向に略等間隔に配置される。これにより、攪拌板５２がドラム４１内に配設された時に、それぞれの攪拌板５２が、仕切板４２で仕切られているそれぞれの攪拌室５０内に配置される。
【００２８】
石炭分（微粉炭）ｃ及び捕集剤の油滴ａに十分な剪断力を付与するためには、攪拌翼５３と固定翼４８との隙間は、できるだけ狭い方が望ましい。
【００２９】
また、攪拌翼５３は、攪拌効率を高めるため、回転方向Ｒに対して凸で放射状になるように形成された帯状体が、攪拌板５２の両面に攪拌板５２に対して略垂直になるように、即ち、回転軸５１の軸方向になるように設けられる。この攪拌翼５３は、回転軸５１の回転方向に関しては略等間隔に複数個（図４では、４個）設けられる。
【００３０】
そして、ドラム４１内の混合物Ｓ２に接触する部分、即ち、ドラム内周面４１ａ、仕切板４２、固定翼４８、攪拌板５２、攪拌翼５３の表面には、微粉炭ｃや油滴ａとの接触時に剪断力を効率良く付与するため、及び微粉炭ｃの接触による摩耗を防止するために、アルミナなどのセラミックライニング（図示せず）を施す。
【００３１】
上記攪拌板５２は、２Ｇ〜４０Ｇ、より好ましくは、２０Ｇ〜３０Ｇの範囲で運転することが好ましい。ここで、Ｇは、攪拌翼径と回転数によって決まる遠心力である。
【００３２】
図１に示すように、微粉炭と水を混合させてスラリー状にした所謂石炭スラリーＳ１は、一旦、スラリー調整タンク２１に導入され、備え付けの攪拌機３１による調整が行なわれる。
【００３３】
スラリー調整タンク２１内の石炭スラリーＳ１は、スラリーポンプ２２によって微粉炭表面改質機２５に供給される。その際、捕集剤タンク２７内の捕集剤Ａは、定量供給ポンプ２８によって送出され、配管３２内を通過中の石炭スラリーＳ１に供給される。その後、捕集剤Ａが混入された石炭スラリーＳ２内に、起泡剤タンク２９の起泡剤Ｂが定量供給ポンプ３０によって定量供給される。この状態は、図６（ａ）に示す状態であり、微粉炭ｃと、灰ｄと、捕集剤の油滴ａ及び起泡剤の液滴ｂが混合している状態である。尚、Ｗは、水である。
【００３４】
なお、この捕集剤Ａとしては、灯油、軽油などの鉱油を主に使用することができる。炭質にもよるが、微粉炭量に対する重量％で０．０１％〜１．０％、好ましくは０．０５％〜０．３％という極少量の捕集剤Ａの添加により微粉炭表面改質機２５にて微粉炭フロスを形成することができる。
【００３５】
一方、起泡剤Ｂとしては、改質された石炭スラリーを発泡させるためのものであり、パイン油、テルピネオール、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、高級アルコールなどを使用することができる。また、その添加量は、微粉炭量に対して５０〜１０００ｐｐｍ、より好ましくは、１００〜２００ｐｐｍ添加される。
【００３６】
そして、石炭スラリーＳ１と捕集剤Ａ及び起泡剤Ｂとが混合した混合物Ｓ３が、微粉炭表面改質機２５により急速攪拌される。即ち、攪拌エネルギーが１０ｋＷ／ｍ³以上、好ましくは、２５ｋＷ／ｍ³〜１００ｋＷ／ｍ³となるような攪拌が行われる。
【００３７】
図５に示すように、上記の混合物Ｓ３が入口４４からドラム４１内に供給されると、高速回転する攪拌翼５３によって石炭スラリーＳ１と浮遊油Ａ及び起泡剤Ｂの混合物Ｓ３が高速度で攪拌される。この高速攪拌により、混合物Ｓ３は、回転軸５１と共に回転する攪拌翼５３によって急速攪拌されながら、流通路４３、攪拌板５２と円筒壁面４１ａとの隙間等を通過し、順次、下流側の攪拌室５０に送りだされ、改質された石炭スラリーＳ４となり出口４５から排出される。
【００３８】
更に、具体的に説明すると、入口４４からドラム４１の強攪拌ゾーンＭ内に混合物Ｓ３が供給されると、微粉炭ｃと油滴ａを高度に分散させると共に、微粉炭ｃと油滴ａを、円筒壁面４１ａ、仕切板４２、固定翼４３、攪拌板５２、攪拌翼５３等の表面に接触させる。この接触により、微粉炭ｃ及び油滴ａに強い剪断力が付与され、微粉炭ｃの表面に非常に薄い油膜ａを展着させる（図６（ｂ）参照。）。この油膜ａにより、微粉炭ｃの表面の濡れ性が改質及び改善し、微粉炭ｃの表面の親油性が高められる。その結果、浮選性が画期的に向上する。
【００３９】
この剪断力の付与（シェアーリング）は、コンディショニングと異なり、急速攪拌であるため、微粉炭の粒子ｃ、並びに、油滴ａに剪断力を与え、剪断面を惹起する。この剪断面が生じた瞬間は、瞬時過渡的に高表面エネルギー性を示すので、油滴ａが微粉炭の粒子ｃに付着・過着し易くなると考えられる。
【００４０】
この微粉炭表面改質機２５の構造によれば、仕切板４２と攪拌板５２を交互に配置しているので、この構成により、入口４４から出口４５へのショートパスを防止でき、効率的な混合と接触とによる剪断力付与を行うことができる。この混合と接触による剪断力付与により微粉炭ｃの表面への油滴ａの付着を効率的に行うことができる。そのため、少量の捕集剤Ａで、しかも、短時間で微粉炭ｃの表面の改質を行うことができる。
【００４１】
そして、微粉炭表面改質機２５で改質された微粉炭ｃは、図６（ｃ）に示すように、油膜ａが付着したまま起泡剤Ｂが起泡して得られた気泡ｅの表面に付着する。強攪拌ゾーンＭの下流側の遠心分離ゾーンＮにおいては、攪拌翼５３により被処理物が高速攪拌されることから、起泡剤Ｂの起泡が盛んに行われ、その気胞ｅに付着する微粉炭量が増加する一方、微粉炭ｃより比重の大きい灰ｄ等は、遠心力の作用によりドラム１の内筒壁面４ａ側に移行し、下流に移行するほど、微粉炭ｃとの分離が進行する。そして、気泡ｅに付着した微粉炭ｃは、少量の灰ｄなどと一緒に浮遊式選別器２６に送られる。
【００４２】
上記にように、油膜ａが付着した低灰分の微粉炭ｃは、気泡ｅに付着した状態となり、水面に浮上するので、浮遊式選別器２６内の堰３３を越えたものを浮揚分として回収し、更に、この浮上した微粉炭ｃを図示しない真空濾過機等で分離し、微粉精炭Ｃとして回収する。
【００４３】
一方の灰ｄは、微粉炭ｃよりも親水性が大きいので、浮上せずに沈降し、スラッジＤとして分離される。このスラッジＤは、図示しないシックナーに送られて、水と分離され、廃棄又は「低品位石炭−水スラリー」の原料として再利用される。一方、このスラッジＤを分離した水は循環水として再利用される。
【００４４】
従って、この微粉炭の回収方法及び装置によれば、微粉炭表面改質機２５により石炭スラリーＳ１と捕集剤Ａとの混合物Ｓ２を改質することにより、浮選精炭回収率と浮選浮遊速度とを大幅に改善することができる。また、回収率の向上により、排水中の固形分を減少することができるので、排水負荷を低減できる。
【００４５】
その上、本発明に係る微粉炭の回収方法及び装置は、濃縮浮選から直接浮選まで、幅広いスラリー濃度に対応可能であり、更に、これまで浮遊法による精炭回収が困難であった浮選性不良の石炭に対しても、この表面改質法によって浮選性を改善することにより、浮選法を適用できるようになり、浮選法による微粉炭の回収を効率良く行うことができる。
【００４６】
以上の説明では、石炭スラリーＳ１に捕集剤Ａを添加後、起泡剤Ｂを石炭スラリーＳ１に添加する場合について説明したが、図１にて、２点破線で示すように、起泡剤Ｂの配管５５を捕集剤Ａの配管５６に接続させ、石炭スラリーＳ１に捕集剤Ａ及び起泡剤Ｂを同時に添加させることもできる。
【００４７】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００４８】
すなわち、微粉炭表面改質機の強攪拌ゾーンの剪断作用（シェアーリング作用）により、微粉炭の浮選性を大きく改善できるので、高い精炭回収率を実現することができる。
【００４９】
また、微粉炭表面改質機の強攪拌ゾーン（シェア−リング工程）により、薄い油膜を石炭の表面に効率よく付着することができるため、従来の通常の浮選法と比べて油使用量が少量となる。しかも、微粉炭表面改質機により浮選浮遊速度が大幅に改善されので、従来必要であった浮選機を必要としなくなった。
【００５０】
その上、本発明の微粉炭の回収方法により、シックナーの表層に微粉炭や浮選油が浮遊することがなくなり、排水負荷も低くなるので、シックナーや浮選テールフィルタープレス等を含む下流側の排水処理系で順調な操業を全般に渡り行うことができる。つまり、良好な浮選性達成により排水系の負荷が低減され、順調な工場運転、環境負荷の低減を図ることができる。
【００５１】
その上、本発明の微粉炭回収装置によれば、石炭スラリーと浮選油の混合物とを高速攪拌し、微粉炭等に剪断力を付与して微粉炭の浮選性を改善することができる。しかも、複数の仕切板と複数の攪拌板との構成により、非常に効率よく微粉炭を改質できる。そのため、非常にコンパクトな装置となるので、設置場所が少なくて済む。従って、既存の微粉炭の浮選システムにおいても、浮選プロセスの前段に容易に組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微粉炭の回収装置の概略構成図である。
【図２】微粉炭表面改質機の断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ’矢視図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ’矢視図である。
【図５】微粉炭表面改質機の作用説明図である。
【図６】（ａ）微粉炭等の混合状態を示す図、（ｂ）微粉炭の表面改質状態を示す図、（ｃ）気胞に付着した表面改質微粉炭を示す図である。
【図７】従来の微粉炭回収方法説明図である。
【符号の説明】
Ａ捕集剤
Ｂ起泡剤
ｂ起泡剤の気泡
ｃ微粉炭
Ｓ１微粉炭を含む石炭スラリー

Claims

微粉炭を含む石炭スラリーより微粉炭の回収を行う微粉炭の回収方法において、前記石炭スラリーの移送経路に捕集剤と気泡剤とを同時に添加し、次いで、これらの混合物を、横型のドラムと、その長手方向に多段に設けたドーナツ板状の仕切板と、該仕切板に囲まれた攪拌室内に設けられ、かつ、前記ドラムを長手方向に貫通する回転軸に装着された攪拌板の両側に放射状に設けられると共に急速回転に供される帯状の攪拌翼を備えた攪拌機によって攪拌エネルギーが２５ｋＷ／ｍ³〜１００ｋＷ／ｍ³となるような急速攪拌で攪拌して微粉炭及び捕集剤の油滴に剪断力を付与させたことを特徴とする微粉炭の回収方法。
捕集剤を、微粉炭量に対して０．０１〜１．０重量％添加する請求項１記載の微粉炭の回収方法。
気泡剤を、微粉炭量に対して５０〜１０００ｐｐｍ添加する請求項１記載の微粉炭の回収方法。
微粉炭を含む石炭スラリーに捕集剤及び気泡剤を添加する装置と、石炭スラリーに捕集剤及び気泡剤を添加して生成された混合物を攪拌する攪拌機と、気泡剤の気泡を利用して微粉炭を浮揚させる浮遊選別器よりなる微粉炭の回収装置において、前記攪拌機を、横型のドラムと、その長手方向に多段に設けたドーナツ板状の仕切板と、該仕切板に囲まれた攪拌室内に設けられ、かつ、前記ドラムを長手方向に貫通する回転軸に装着された攪拌板の両側に放射状に設けられると共に急速回転に供される帯状の攪拌翼と、ドラム上流側の強攪拌ゾーン内に設置されている仕切板の側面に突出させた帯状又は矩形状の固定翼により形成したことを特徴とする微粉炭の回収装置。