JP5627923B2

JP5627923B2 - 重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法

Info

Publication number: JP5627923B2
Application number: JP2010101665A
Authority: JP
Inventors: 石川　剛; 剛石川; 石井　利博; 利博石井; 透雄市原
Original assignee: Ashizawa Finetech Ltd
Current assignee: Ashizawa Finetech Ltd
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: JP2011230950A

Description

本発明は、重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法に関し、更に詳細には、製紙用填料の原料として用いられる重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法に関する。

製紙用填料である重質炭酸カルシウムは、天然の石灰岩を粉砕して製造されている。石灰岩は太古の昔にサンゴや有孔虫などの遺骸が沈澱し堆積したものが起源で、地殻変動による変形作用をうけて隆起し、石灰岩の鉱床を形成した。石灰岩の鉱床は、日本全国に広く分布している。日本で産出する天然資源としては他の鉱産資源に比べてとても豊富であり、国内で唯一自給可能な資源である。
重質炭酸カルシウムは、現状、粒度ｄ５０２μｍおよび１μｍクラスが主力である。
ところで、トップコート（製紙用コーティングカラー）の原料には、カオリンが多用されているが、輸入鉱物であり、供給の不安定性とコスト高から、代用品が望まれている。重質炭酸カルシウムの粒度をさらに細かくすることで代用が可能となることが判明した。目標粒度は、０．３μｍまたは０．８μｍであり、粉砕コストを試算すると十分に採算が取れる。

従来、重質炭酸カルシウムの粉砕には、例えば、特公昭６３−２７４７９号公報、特公平１−１５６４０号公報、特公平３−４６５９７号公報、特公平４−３３７３１号公報等に記載されているように、通常、竪型メディア撹拌ミル（サンドミル）が使用されていたが、パス方式のため粒度の細かいコントロールが困難であり、流量も少ないため発熱により投入動力に制限を受け、能率向上は望めない状況である。

上記の問題は、例えば、特公平１−５０４５０号公報に示されているように、大量循環型のメディア撹拌ミルを使用することで、ある程度解決できるが、現状の撹拌部材回転数一定の運転方法では粉砕初期に大きな動力を消費し、より大きな容量のモータが必要となる。また、粉砕が進行するとともに入力電力の低下があり、初期以降は、半分程度の電力負荷率となるため効率低下を招く。

特公昭６３−２７４７９号公報特公平１−１５６４０号公報特公平３−４６５９７号公報特公平４−３３７３１号公報特公平１−５０４５０号公報

そこで本発明は、比較的小さな容量のモータを備えた循環型湿式メディア撹拌ミルを用いて、効率よく、かつ製品の粒度の細かい設定が可能な重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の（１）〜（４）の構成の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法および湿式メディア撹拌ミルによって達成される。
（１）
重質炭酸カルシウムの粒子を分散溶媒に分散してなる原料スラリ中の重質炭酸カルシウム粒子を循環型湿式メディア撹拌ミルによって粉砕する重質炭酸カルシウムの粉砕方法において、メディア撹拌ミルの撹拌部材を回転駆動するモータの電力が一定となるように調節し、これによって撹拌部材の回転数ひいては周速を制御したことを特徴とする重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
（２）
原料スラリにおける重質炭酸カルシウムの重量割合が６０〜７８％である上記（１）に記載の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
（３）
重質炭酸カルシウムの原料粒度がｄ５０＝８〜４０μｍであり、製品粒度がｄ５０＝０．３〜３μｍである上記（１）〜（２）のいずれかに記載の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
（４）
製品となった重質炭酸カルシウムが製紙用コーティングカラー又は填料として用いられる（１）〜（３）のいずれかに記載の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
（５）
前記（１）〜（４）のいずれかの重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法を実施するための湿式メディア撹拌ミルであって、前記モータには、インバータを介してＰＩＤ制御回路が接続されており、このＰＩＤ制御回路は、前記モータの動力を一定にするため、ＰＩＤ制御を行い、設定電力になるようにインバータの出力周波数を変動するようになっていることを特徴とする湿式メディア撹拌ミル。

循環型湿式メディア撹拌ミルの粉砕の初期から処理終了までほぼ動力が一定になるように、メディア撹拌ミルの撹拌部材を回転駆動するモータの電力が一定となるように調節し、これによって撹拌部材の回転数（周速）を制御し、安定運転を行う。モータは、負荷のピークが出ないので小さくてよく、モータ容量の高効率域で使用するため効率がよい。また、能率向上が望めるなどの利点を有する。
更には、メディア撹拌ミルが循環型なので、製品の粒度を細かく調整できるとともに、粒度分布が狭くなり、良い性能のものとなる。

本発明のフローシートを示す図である。本発明と従来の運転での動力比較を示す図である。本発明と従来の運転での粒度(ｄ５０)と時間の比較を示す図である。モータ負荷率と効率比較を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法に使用される循環型湿式メディア撹拌ミルについて説明する。

図１中、符号１は循環型湿式メディア撹拌ミルを示し、この循環型湿式メディア撹拌ミル１は、粉砕容器２を備えている。この粉砕容器２は、内部に円柱状の粉砕室２ａを備えており、この粉砕室２ａ内にスラリー状の原料を導入するための原料スラリー供給口３を有している。

上記粉砕容器２の粉砕室２ａの内部には、攪拌部材４が回転自在に配置されている。上記撹拌部材４には、一端がこの撹拌部材４のハブに取り付けられ、そこから粉砕容器２を軸方向に貫通して延びる撹拌部材駆動軸である回転駆動軸５が固定されている。この回転駆動軸５は、その粉砕容器から突出した端部が、図示しない周知の駆動機構を介してモータ６に接続されており、回転駆動される。この回転駆動軸５の回転軸（回転軸線）は粉砕室２ａの中心軸を通っていることが好ましい。なお、上記回転駆動軸５には、図示はしていないが、軸封（メカニカルシール等）が設けられている。

メディア攪拌ミルにおいて周知のように、粉砕容器２の内部には、ビーズ状の粉砕メディア７（なお、図においては極めて拡大して示した）が収納されている。
この粉砕メディアの総容積が、粉砕室の容積の７０％〜９０％である。

上記粉砕容器２の粉砕室２ａの内部であって上記撹拌部材４の内部に一部が挿入されて配置され、原料スラリ内に分散したメディア７を該原料から分離するためのメディア分離部材８が設けられている。このメディア分離部材８としては、スクリーン状のものや、遠心力を利用したものが用いられる。

粉砕容器１２の外周には、冷媒体または熱媒体（通常は冷媒体であって、冷却水）を通すためのジャケット９が設けられており、粉砕室２ａ内を温調可能にしている。このジャケット９には、下方部分に冷却水を導入するための冷却水入口１０、上方部分に冷却水を排出するための冷却水出口１１が設けられている。

上記モータ６には、インバータ１２を介してＰＩＤ制御回路１３が接続されている。ＰＩＤ制御回路１３は、モータ６の動力を一定にするため、ＰＩＤ制御を行い、設定電力になるようにインバータ１２の出力周波数を変動させ、メディア撹拌ミルの撹拌部材を回転駆動するモータの回転数を調節し、これによって撹拌部材の回転数（周速）を制御する。

メディア攪拌ミル１の原料スラリ出口８は、パイプ１４の一端に接続され、該パイプ１４の他端は、原料スラリを冷却するための冷却器１５を介してスラリータンク１６の上部に開放されている。タンク１６の底部はバルブ１７付きパイプ１８によりポンプ１９を介してメディア攪拌ミル１の原料スラリ供給口３に接続されている。スラリータンク１６内には、電動モータ２０により回転駆動される撹拌羽根２１が配置されている。この配置により、原料スラリは被粉砕粒子が所望の微細粒に分散されるまで、繰り返しメディア攪拌ミル１に通される。

粉砕容器７の容積を１．６リットル、原料スラリの供給量を３６０リットル／ｈ（６８０ｋｇ／ｈ）とし、実施例としては、モータの設定電力を１５kWと一定にし、撹拌部材４を回転駆動するモータ６の回転数を調節し、これによって撹拌部材４の回転数（周速）の大きさを制御したものを、比較例としては、モータ６の周速を１４ｍ／ｓと一定にしたものを用い、実際に重質炭酸カルシウムの粉砕を行った。原料スラリ中の重質炭酸カルシウム重量割合は７５重量％、原料重質炭酸カルシウムのｄ５０は８μｍとし、スラリ２０ｋｇ（１０．５リットル）として実験を行った。モータの設定電力を１５kWとしたのは、モータの負荷率と効率比較の実験を行ったところ、図４に示したように、１５kWが最も効率が良かったからである。

実施例および比較例ともに、重質炭酸カルシウムのｄ５０が１μｍなるまで、原料スラリを繰り返しメディア攪拌ミルに通した。
その結果である「実施例および比較例の運転での動力と時間の比較」、「実施例および比較例の運転での粒度ｄ５０時間の比較」を図２，図３にそれぞれ示した。」

図２から分かるように、比較例では、実施例の設定電力より約７ｋｗ大きい約２２ｋｗの最大電力となるとともに、重質炭酸カルシウムのｄ５０が１μｍなるまでの時間が、比較例の方が実施例より、約０．０５時間ながかった（図３にも示した）。また、スラリーの処理量は実施例で６７ｋｇ／ｈ、比較例で５７ｋｇ／ｈであった。
以上より、本発明の効果が明確である。

１メディア攪拌ミル
２粉砕容器
２ａ粉砕室
３原料スラリ供給口
４攪拌部材
５回転駆動軸
６モータ
７粉砕メディア
８メディア分離部材
９ジャケット
１０冷却水入口
１１冷却水出口
１２インバータ
１３ＰＩＤ制御回路
１４パイプ
１５冷却器
１６タンク
１７バルブ
１８パイプ
１９ポンプ
２０電動モータ
２１撹拌羽根

Claims

重質炭酸カルシウムの粒子を分散溶媒に分散してなる原料スラリ中の重質炭酸カルシウム粒子を循環型湿式メディア撹拌ミルによって粉砕する重質炭酸カルシウムの粉砕方法において、メディア撹拌ミルの撹拌部材を回転駆動するモータの電力が一定となるように調節し、これによって撹拌部材の回転数ひいては周速を制御したことを特徴とする重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
原料スラリにおける重質炭酸カルシウムの重量割合が６０〜７８％である請求項１に記載の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
重質炭酸カルシウムの原料粒度がｄ５０＝８〜４０μｍであり、製品粒度がｄ５０＝０．３〜３μｍである請求項１〜２のいずれかに記載の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
製品となった重質炭酸カルシウムが製紙用填料又はコーティングカラーとして用いられる請求項１〜３のいずれかに記載の重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法。
請求項１〜４のいずれかの重質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法を実施するための湿式メディア撹拌ミルであって、前記モータには、インバータを介してＰＩＤ制御回路が接続されており、このＰＩＤ制御回路は、前記モータの動力を一定にするため、ＰＩＤ制御を行い、設定電力になるようにインバータの出力周波数を変動するようになっていることを特徴とする湿式メディア撹拌ミル。