JP6138970B2 - 原料の選別装置及びその選別方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料の選別装置及びその選別方法に係り、さらに詳しくは、原料、例えば、石炭中に含有されている灰分、硫黄などの不純物を有効に選別することのできる原料の選別装置及びその選別方法に関する。

一般に、製鉄所において用いる石炭は、大きく、コークス製造用炭、高炉微粉炭噴射（ＰＣＩ：Ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）用炭及び焼結用炭に大別される。
コークス製造用石炭の場合、石炭を間接的に加熱すれば非常にかさかさしている液体状態に変わる性質があるが、このような相変異現象を用いて粉状態の石炭を塊状のコークスにする。このような性質は全ての石炭が有しているわけではなく、一部の種類の石炭のみが有している特性であり、瀝青などの液体状態を有することから、瀝青炭と呼ばれる。瀝青炭の場合に埋蔵量が限定されており、需要に比べて供給量が足りなりため高い価格になっている。

コークスは鉄鋼石と共に高炉の上部より順次に装入されて熱を発生させて鉄鋼石を溶融させ、高炉の下部に鉱滓状に排出される。高炉に熱を供給する方法としては、高炉の上部にコークスを投入する方法に加えて、高炉の下部に熱風と共に破砕された石炭を入れる方法が挙げられ、これを微粉炭噴射（ＰＣＩ）用炭と称する。ＰＣＩ用炭は短い時間内に十分に燃える必要があるため、どれほど細かく破砕されているかと、どれほど高い熱量を有しているかが非常に重要である。このように熱を発生させる過程において発生する廃ガスは大気中に放散されずにガス状の熱源に回収されるため種々の石炭が使用可能である。
焼結用炭は、鉄鋼石などの粉鋼に熱を加えて焼結鋼を作る過程において粉鋼に熱を供給する用途に用いられる。焼結過程においては焼結用炭が直接燃焼され、燃焼時に発生する廃ガスは煙突を介して外部に排出する工程であるため焼結用無煙炭には発熱量が高く、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減のために窒素の含量が低い無煙炭が主として用いられる。

一方、石炭から灰分構成鉱物及び硫黄（Ｓ）成分を取り除くための研究は昔から体系的に行われてきたが、選別効率が高く、且つ、経済性を有する乾式選別技術の開発は依然として解決すべき課題となっている。
通常の石炭の選別工程としては、スパイラル、ジグ及び重液などを用いる比重選別、捕收剤及び起泡剤などを用いる浮遊選別など湿式処理工程が主として用いられている。湿式処理工程の場合、使用済み用水のリサイクル及び廃水を処理するための付随的な工程と、選別済みの石炭精鉱の水分の除去のための脱水及び乾燥工程が必要であるため工程が複雑になり、選別にかかるコストも高騰する。しかし、石炭は安価なエネルギー鉱物であるため石炭を経済的に選鉱するためには乾式で処理可能な技術の開発が必須である。

石炭から灰分及び硫黄を取り除くことによって得られる効果としては、石炭の発熱量の増加と燃焼の安定化、石炭灰の低減による発電所の熱効率の上昇及び鉱滓の低減による製鉄用炉の生産効率の向上などが挙げられる。また、灰分及び硫黄によるボイラー及び炉の内部の摩耗及び腐食の低減などによって設備のメンテナンスにかかる時間が短縮され、且つ、操業の効率が上がるというメリットがある。
さらに、石炭の燃焼時に発生する石炭灰と亜硫酸ガスなどを取り除くためには、集塵設備や脱硫施設などのさらなる工程の設置と運転コストが必要であるため、燃焼前に石炭の灰分及び硫黄の含量を最小化させ得る技術は非常に重要であるといえる。なお、国内外的に強化されている環境汚染問題に対応するためにも石炭の灰分及び硫黄成分を有効に選別する技術の開発は必須である。

本発明は、原料の荷電効率を高めて原料の荷電にかかる時間を短縮して原料の選別効率を向上させることのできる原料の選別装置及びその選別方法を提供する。
本発明は、原料中に含有されている不純物を手軽に取り除くことのできる原料の選別装置及びその選別方法を提供する。
本発明は、環境汚染を抑えたり防いだりすることのできる原料の選別装置及びその選別方法を提供する。

本発明による原料の選別装置は、原料を構成する主成分及び不純物を選別するための装置であって、原料を供給する原料供給器と、原料供給器から供給される原料を荷電する荷電器と、荷電器において荷電された原料を極性に応じて分離するための静電選別器と、静電選別器において選別されて落下する原料を分離して収集する選別貯留器と、を備え、荷電器は、内部に原料供給器から供給される原料を荷電するための空間が形成される荷電チャンバーと、荷電チャンバーの内部に回転自在に設けられ、回転力によって原料供給器から供給される原料に衝撃を加える荷電ローターと、を備えることを特徴とする。

荷電チャンバーは、内部に荷電チャンバーの中心側に向かって傾いた傾斜面を有する荷電プレートと、荷電チャンバーを加熱する加熱装置と、を備えることが好ましい。
荷電ローターは、回転軸と、回転軸に回転力を提供する駆動装置と、回転軸の上部に設けられる分配器と、分配器の下部に設けられ、回転側の外周面に放射状に連結される少なくとも一つのブレードと、ブレードの下部に設けられ、回転軸の外周面に連結される回転板と、を備えることが好ましい。
分配器は、円錐又は多角錐状に形成されることができる。

ブレード及び回転板の表面には、凹凸構造が形成されてもよい。
静電選別器は、上下方向に配置される負極板と、負極板から離れて上下方向に設けられる正極板と、を備え、負極板及び正極板は、下部が外側を向くように傾いて配置されることが好ましい。
負極板及び正極板は、距離及び角度のうちの少なくともいずれか一方が調節可能なように形成されることが好ましい。

静電選別器は、互いに離れて設けられ、上下方向に配置される一対の電極部材と、電極部材を取り囲んで上下方向に回転する回転シートと、を備え、一対の電極部材は、異なる極性を有することが好ましい。
回転シートの一方の側には、回転シートに付着される原料を分離するスクラッパーが設けられてもよい。
静電選別器は、無端状の第１のベルトと、第１のベルトの内部の領域に設けられる第１の電極体と、を有する下部コンベヤーと、下部コンベヤーの上部に離れるように設けられる無端状の第２のベルトと、第２のベルトの内部の領域に第１の電極体とは異なる極性を有するように設けられる第２の電極体を有する上部コンベヤーと、を備えることが好ましい。

下部コンベヤーは、一対の下部駆動軸に第１のベルトが無端状に連結され、一対の下部駆動軸の間に第１の電極体が配置され、第１のベルトの内部領域の一方の側には第１の脱イオン化器が配置され、上部コンベヤーは、一対の上部駆動軸に第２のベルトが無端状に連結され、一対の上部駆動軸の間に第２の電極体が配置され、第２のベルトの内部領域の一方の側には第２の脱イオン化器が配置されることが好ましい。
第１のベルト及び第２のベルトのうちの少なくともいずれか一方の外側にはスクラッパーが設けられることがよい。
第１のベルト及び第２のベルトは、電気伝導性材料によって製作されることがよい。

上部コンベヤーには、第２のベルトの内部領域に第２のベルトの戻り部を上方に浮上させて第２のベルトの張力を維持する張力軸が配置されることが好ましい。
上部コンベヤー及び下部コンベヤーは、少なくとも一部が重なり合うように配置され、上部コンベヤー及び下部コンベヤーの対向面は平行に配置されることがよい。
選別貯留器は、仕切り壁によって炭素粒子が貯留される第１の貯留部と、硫黄粒子及び灰分粒子が貯留される第２の貯留部とに仕切られ、仕切り壁の上端には、主成分及び不純物を区別して第１の貯留部及び第２の貯留部の開口された上端に導く回動壁が設けられ、回動壁は、仕切り壁の上端に蝶着されて第１の貯留部の上端領域又は第２の貯留部の上端領域に回動されることが好ましい。

本発明の実施形態による原料の選別方法は、原料を構成する主成分及び不純物を選別するための方法であって、原料を設ける過程と、原料を荷電器に移動させて荷電する過程と、荷電された原料を隔設される負極板と正極板との間に落下させて選別する過程と、を含み、荷電する過程において原料が回転中の荷電ローターに衝突して１次的に荷電され、荷電ローターに衝突して飛散される原料が荷電ローターを取り囲むように設けられる荷電チャンバーの内壁に衝突して２次的に荷電されることを特徴とする。
原料を荷電する過程において原料を荷電する荷電器を加熱することがよい。
原料は石炭であり、主成分は炭素であり、不純物は灰分及び硫黄のうちの少なくともいずれか一方であることがよい。

本発明よる原料の選別装置及びその選別方法によると、原料に含有されている不純物を容易に取り除くことができる。原料中に含まれる成分の静電極性差を用いて主成分及び不純物を選別して工程に用いられる原料の純度を向上させることができる。これによって、不純物が多量含有される安価及び低品位の原料が使用可能になって製造コストを節減することができる。
また、比較的に狭い空間においても原料を効率よく荷電することができるので、設備の全体のサイズを減らすことができる。なお、コンベヤータイプの静電選別器を用いる場合、大量の原料を連続して選別して工程効率及び生産性を向上させることができる。

本発明の一実施形態による原料の選別装置の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による原料の選別装置の概略的な構造を示す断面図である。 図２に示す荷電器の構造を示す図である。 本発明の一実施形態による原料の選別装置の使用状態を示す図である。 本発明の変形例による原料の選別装置の使用状態を示す図である。 本発明の他の変形例による原料の選別装置の使用状態を示す図である。

以下、添付した図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示する実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態として実現され、これらの実施形態は単に本発明の開示を完全なものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に理解させるために提供されるものである。
本発明は、原料に含まれている不純物を選別するための選別装置及びその方法に関するものであり、原料を構成する主成分と不純物との間の静電極性差を用いて原料を構成する主成分及び不純物を選別するのに用いられる。以下、製鉄工程において用いられる石炭から石炭を構成する主原料である炭素粒子と、不純物である硫黄粒子、灰分粒子などを選別する原料の選別装置を例にとって説明する。

図１は、本発明の一実施形態による原料の選別装置の構成を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態による原料の選別装置の概略的な構造を示す断面図であり、図３は、図２に示す荷電器の構造を示す図であり、図４は、本発明の一実施形態による原料の選別装置の使用状態を示す図である。
原料の選別装置は、原料を供給する原料供給器１００と、原料供給器１００から供給される原料を荷電する荷電器２００と、荷電器２００において荷電された原料を極性に応じて分離するための静電選別器３００及び静電選別器３００において選別されて落下する原料を収集する選別貯留器４００を備える。
原料供給器１００は、原料、例えば、石炭を貯留する原料貯留器１１０と、原料貯留器１１０から排出される原料を荷電器２００に移動させるホッパー１１２と、を備える。

原料貯留器１１０は、所定の大きさに粉砕された原料、例えば、石炭を貯留し、原料貯留器１１０から所定量ずつ切出される原料をホッパー１１２に排出する。
ホッパー１１２は、原料貯留器１１０から切出される原料を荷電器２００に投入し、ホッパー１１２の下端には原料が移動する供給配管１１４が荷電器２００内部に延びて形成される。ホッパー１１２は、原料貯留器１１０から切出された原料が荷電器２００に円滑に排出されるように傾斜面を有するように形成されてもよく、原料が荷電器２００に所定の速度にて均一に排出されるように内壁にサイクロン状の凹凸構造が形成されてもよい。
荷電器２００は、荷電チャンバー２１０と、荷電チャンバー２１０の内部に設けられる荷電ローター２２０と、を備えていてもよい。

荷電チャンバー２１０は、内部に原料供給器１００から排出される原料が荷電される空間が形成され、荷電チャンバー２１０の内部には、原料供給器１００から排出される原料が荷電チャンバー２１０の下部に設けられる静電選別器３００に直接的に抜け出ることを防ぐために上部から下部に進むにつれて狭くなる形状の傾斜面を有する荷電プレート２１２が形成される。このような荷電プレート２１２は荷電チャンバー２１０と一体に形成されてもよく、荷電チャンバー２１０の内部に別途に設けられてもよい。荷電プレート２１２は、荷電ローター２２０に衝突して荷電された原料や未荷電の原料が荷電ローター２２０の回転力によって飛散されてその表面に衝突及び摩擦しながら荷電されるようにする。このため、荷電プレート２１２は、原料、例えば、炭素粒子、灰分粒子、硫黄粒子などを荷電し得る材質によって形成されてもよく、荷電プレート２１２の表面にコーティング体として形成されてもよい。このような材質としては、銅、テフロン（登録商標）などが使用可能である。
このとき、石炭粒子の荷電効率を向上させるために荷電チャンバー２１０に加熱装置２３０を設けてもよい。加熱装置２３０は、誘導加熱コイルや面状発熱体などによって形成されてもよく、荷電チャンバー２１０の外側を取り囲むように形成されて荷電チャンバー２１０を均一に加熱する。荷電チャンバー２１０は、加熱装置２３０を用いて２００℃以下の温度に加熱することによって、炭素、硫黄、灰分など石炭粒子の荷電効率を向上させる。

荷電ローター２２０は、荷電チャンバー２１０の下部の中心に設けられ、原料供給器１００から供給される原料に衝撃を加えて原料の炭素粒子や灰分粒子が陰電荷（−）又は陽電荷（＋）を有するように荷電する。
荷電ローター２２０は、回転軸２２２と、回転軸２２２の上部側に設けられ、回転軸２２２を中心として放射状に配置される複数のブレード２２４と、ブレード２２４の下部に設けられ、回転軸２２２に連結される回転板２２５と、回転軸２２２の上部に設けられる分配器２２６及び回転軸２２２に回転力を提供する駆動装置２２８を備える。荷電ローター２２０は、荷電チャンバー２１０を横切って固設される支持台２１４に固設されてもよい。例えば、荷電ローター２２０の駆動装置２２８を支持台２１４に固定して荷電ローター２２０を荷電チャンバー２１０内に設けてもよく、荷電チャンバー２１０及び荷電ローター２２０の構造に応じて様々な方法を用いて荷電ローター２２０を荷電チャンバー２１０内に設けてもよい。
回転軸２２２は、荷電チャンバー２１０の下部中心部に上下方向に配置され、駆動装置２２８から提供される回転力によって回転される。

ブレード２２４は、回転軸２２２の外周面に放射状に連結されて回転軸２２２の回転につれて回転する。ブレード２２４は、原料供給器１００から排出される原料に衝撃を加えて原料を実質的に荷電する手段であり、原料の円滑な荷電のために原料との接触面積が広いことが好ましい。このため、ブレード２２４は、面積を有するプレートが上下方向に配置される形状に形成されてもよく、必要に応じて、回転軸２２２の長手方向に対して直交する方向に連結されてもよく、斜めに勾配を有するように連結されてもよい。また、ブレード２２４の表面に凹凸構造を形成して原料粒子との接触面積を増やしてもよい。
ブレード２２４の下部には回転板２２５が設けられてもよい。回転板２２５は、原料供給器１００から排出される原料が荷電器２００の下部に設けられる静電選別器３００に直接的に排出されることを防ぐ。また、回転板２２５もブレード２２４と同様に、原料粒子を荷電する役割を果たす。このため、回転板２２５もブレード２２４と同様に、原料粒子を荷電し得る銅、テフロン（登録商標）などの材質によって形成されてもよく、その表面には原料粒子との接触面積を増やすための凹凸構造が形成されてもよい。

分配器２２６は回転軸２２２の上部に配置され、円錐、多角錐などの形状に形成されてもよい。分配器２２６は、原料が排出されるホッパー１１２の供給配管１１４の直下に配置されてもよく、供給配管１１４を介して排出される原料をブレード２２４の間の空間に均一に分配する役割を果たす。すなわち、供給配管１１４から排出される原料が特定のブレード２２４の間の空間に偏ると、原料粒子及びブレード２２４に衝突が制限されて原料粒子の荷電効率が低くなるという問題がある。このため、原料が排出される供給配管１１４の下部に分配器２２６を配置することによって、原料がブレード２２４の間の空間に均一に供給されるようにしている。このとき、分配器２２６を多角錐状に形成する場合には、ブレード２２４の間に形成される空間の数と同じ数の面を有する多角錐状に形成してもよい。例えば、ブレード２２４が８つ設けられる場合、ブレード２２４の間には８つの空間が形成されるため、分配器２２６は八角錐状に形成されてもよい。
このような構成によって、石炭粒子は荷電ローター２２０に供給されながら荷電ローター２２０の回転力を用いて石炭粒子間の衝突、石炭粒子と荷電物質との間の衝突及び摩擦を引き起こして陰電荷（−）又は陽電荷（＋）を有するように荷電される。このとき、石炭粒子の主原料である炭素（Ｃ）成分は陽電荷を帯びるように荷電され、灰分粒子は陰電荷を帯びるように荷電される。石炭粒子が荷電される原理について 述べると、粒子が異なる粒子又は荷電物質に衝突又は摩擦すれば、仕事関数値の差によって両物質のフェルミ準位が同じくなる方向に電子の移動が起こり、これによって衝突又は摩擦後に粒子が互いに分離されれば、電子の過剰又は不足現象が発生して粒子は陽電荷（＋）又は陰電荷（−）を帯びることになる。

また、荷電ローター２２０において荷電された石炭粒子と未荷電の石炭粒子は荷電ローター２２０の回転力によって一部は荷電ローター２２０の周りに飛散して荷電チャンバー２１０内において荷電プレート２１２に衝突し、残りは荷電チャンバー２１０の外部、すなわち、静電選別器３００に排出される。さらに、荷電ローター２２０の周りに飛散された石炭粒子は荷電プレート２１２と荷電ローター２２０との間において衝突及び飛散を繰り返しながら荷電ローター２２０によって荷電された石炭粒子は荷電度がさらに向上し、未荷電の石炭粒子は荷電されて全体的な荷電効率が上がる。このような構成を用いて比較的に短い経路において石炭粒子の荷電効率を向上させることができ、これによって設備の全体の構造及び大きさを減らすことができる。
荷電器２００を通過した石炭粒子は、荷電器２００の下部の静電選別器３００に排出される。
静電選別器３００は、選別チャンバー３１０と、選別チャンバー３１０の内部に互いに離れて配置される電極板３２０ａ、３２０ｂ及び電極板３２０ａ、３２０ｂに電源を供給する電力供給装置３６０を備える。

選別チャンバー３１０は、荷電器２００において荷電された石炭粒子が落下及び選別されながら発生する粉塵が拡散されることを防ぎ、荷電された石炭粒子が電極板３２０ａ、３２０ｂによって選別される空間を形成する。
電極板３２０ａ、３２０ｂは、陽電荷を帯びる炭素粒子を分離するための負極板３２０ａと、陰電荷を帯びる硫黄粒子及び灰分を分離するための正極板３２０ｂと、を備えていてもよい。負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂの内部又は一方の側には、所定の面積を有するように形成される電極部材３２２が設けられてもよい。このとき、電極部材３２２は、格子状など様々な形状に配列されてもよい。負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂは互いに離れて向かい合うように配置され、上部から下部に進むにつれて、例えば、選別チャンバー３１０の外側に離隔距離が大きくなるように配置されてもよい。すなわち、負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂは傾斜面を有するように傾いて配置されてもよい。負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂは、約２０〜６０℃の角度をなして配置されてもよく、負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂの上部又は下部には、負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂの角度を調節するための角度調節装置（図示せず）が設けられて荷電器２００から排出される石炭粒子の量や選別効率に応じて上述した範囲内において負極板３２０ａと正極板３２０ｂとの間の角度を調節してもよい。例えば、負極板３２０ａと正極板３２０ｂとの間に落下する石炭粒子の量が多い場合、負極板３２０ａと正極板３２０ｂとの間の角度を増大させることができる。あるいは、選別効率を高めるために負極板３２０ａと正極板３２０ｂとの間の角度を減らしてもよい。

また、図示はしないが、負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂに振動部材を設けて負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂに付着されて選別された原料を落下させて選別貯留器４００に排出してもよい。このとき、振動部材は、断続的又は周期的に働いて負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂに付着された原料を落下させて選別効率を向上させてもよい。
電力供給装置３６０は、各々の電極部材３２２に電力を供給する。
このような構成によって、荷電された石炭粒子は、電極板３２０ａ、３２０ｂの間、すなわち、負極板３２０ａと正極板３２０ｂとの間に落下しながら陽電荷を帯びる炭素粒子と、陰電荷を帯びる硫黄粒子及び灰分が互いに反対の極性を帯びる電極板３２０ａ、３２０ｂに向かって移動しながら選別される。

静電選別器３００の下部には、電極板３２０ａ、３２０ｂによって選別された石炭粒子を貯留する選別貯留器４００が設けられる。選別貯留器４００は、負極板３２０ａの下部に設けられて陽電荷を帯びる炭素粒子を貯留する第１の貯留器４１０と、正極板３２０ｂの下部に設けられて陰電荷を帯びる硫黄粒子及び灰分粒子を貯留する第２の貯留器４２０と、を備える。また、第１の貯留器４１０と第２の貯留器４２０との間に、荷電器２００において荷電されていないミドルリングや電極板３２０ａ、３２０ｂによって選別されていない粒子を貯留する第３の貯留器４３０が設けられてもよい。第３の貯留器４３０に貯留された粒子は、別設された搬送配管、コンベヤーベルトなどの回収装置（図示せず）を用いて原料貯留器１１０に搬送して荷電器２００及び静電選別器３００において再び選別してもよい。
また、各々の貯留器４１０、４２０、４３０の間には、静電選別器３００において選別された粒子が互いに混合されることを抑えるための分離板４４０が設けられてもよい。

以下、本発明の変形例による原料の選別装置について説明する。
図５は、本発明の変形例による原料の選別装置の使用状態を示す図である。
図５を基にすると、本発明の変形例による原料の選別装置は、上述した原料の選別装置及び静電選別器の構造が異なる。
図５を基にすると、変形例による静電選別器は、図３及び図４に示す電極板３２０ａ、３２０ｂを電極部材３２２を取り囲んで上下方向に回転させる回転シート３２５ａ、３２５ｂによって構成されている。すなわち、静電選別器は、異なる極性を有するように上下方向に配置される一対の電極部材３２２と、電極部材３２２を取り囲んで上下方向に回転する回転シート３２５ａ、３２５ｂと、を備える。回転シート３２５ａ、３２５ｂは異なる極性を有し、プーリ、モーターなどの駆動手段３２８に連結されて電極部材３２２の表面に沿って回転しながら荷電器２００において荷電された石炭粒子の効率よく選別する。すなわち、電極板３２０ａ、３２０ｂの表面に荷電された石炭粒子が付着される場合、電極板３２０ａ、３２０ｂに付着された石炭粒子が荷電器２００から排出され続ける荷電された石炭粒子の選別を妨げるため、電極板３２０ａ、３２０ｂを回転シート３２５ａ、３２５ｂに取り替えることによって石炭粒子が付着された部分を後退させ、石炭粒子が付着されていない部分を選別領域、すなわち、荷電器２００において荷電された石炭粒子が排出される領域に露出させることによって、石炭粒子を効率よく選別する。このような回転シート３２５ａ、３２５ｂは、ポリエチレン（ＰＥ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ：ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリイミド（ＰＩ：ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などの合成樹脂によって製造され、電極部材３２２から発せられる電場を透過させる程度の厚さに形成される。

回転シート３２５ａ、３２５ｂの一方の側、好ましくは、外側にはスクラッパー３４０が設けられてもよい。スクラッパー３４０は、回転シート３２５ａ、３２５ｂの表面、好ましくは、回転シート３２５ａ、３２５ｂの幅方向に沿って接触されるように設けられて回転シート３２５ａ、３２５ｂに付着された粒子を回転シート３２５ａ、３２５ｂから分離する。このとき、回転シート３２５ａ、３２５ｂは角度が調節可能なように構成されるため、スクラッパー３４０は、回転シート３２５ａ、３２５ｂがなす角度に応じて左右方向に移動可能なように構成されてもよい。
図６は、本発明の他の変形例による原料の選別装置の使用状態を示す図である。

図６を基にすると、変形例による原料の選別装置は、図５に示す静電選別器及び選別貯留器の構造及び配置位置に相違点がある。
静電選別器５００は、上下方向に離れて配置される二重コンベヤータイプに実現されてもよい。静電選別器５００は、荷電器２００においてそれぞれ異なる極性に荷電されたカーボン及び微粉をコンベヤーの間に搬送しながら静電選別する手段であり、下部コンベヤー５１０及び上部コンベヤー５２０を備える。このとき、下部コンベヤー５１０及び上部コンベヤー５２０は両方とも無端状を呈する。
下部コンベヤー５１０は、荷電器２００において陽電荷に荷電された炭素粒子を選別する手段であり、陽電荷及び陰電荷に荷電された原料が排出される荷電器２００の下部に設けられる。下部コンベヤー５１０は、一対の下部駆動軸５１２に第１のベルト５１４が無端状に連結され、一対の下部駆動軸５１２の間にはマイナス（−）極性が付加される第１の電極体５１６が配置される。また、第１のベルト５１４の内部領域のうち炭素粒子が搬送される方向に先端領域には第１の脱イオン化器５１８が配置される。このとき、第１のベルト５１４の上部側には炭素粒子の搬送路が形成され、第１のベルト５１４の下部側には戻り部が形成される。また、第１の電極体５１６は、第１のベルト５１４の内部領域において第１のベルト５１４の搬送路側に隣り合うように配置され、第１の脱イオン化器５１８は、第１のベルト５１４の内部において第１のベルト５１４の移動方向が変更される第１のベルト５１４の一方の側に配置されてもよい。このとき、炭素粒子の円滑な選別のために、第１の脱イオン化器は戻り部が形成される第１のベルト５１４の一方の側の下部に設けられることが好ましい。このような構成によって、荷電器２００から排出された原料のうち炭素粒子は、第１のベルト５１４の搬送路に付着された状態で搬送されていて、第１の脱イオン化器５１８を通過しながら荷電状態が解放されて第１のベルト５１４から落下して選別貯留器６００に排出される。

上部コンベヤー５２０は、荷電器２００において陰電荷に荷電された硫黄粒子、灰分粒子を選別する手段であり、下部コンベヤー５１０の上部に離れて設けられる。上部コンベヤー５２０は、下部コンベヤー５１０と同様に、一対の上部駆動軸５２２に第２のベルト５２４が無端状に連結され、第２のベルト５２４の内部空間における一対の上部駆動軸５２２の間にはマイナス（−）極性が付加される第２の電極体５２６が配置されてもよい。また、第２のベルト５２４の内部領域のうち、原料、すなわち、硫黄粒子、灰分粒子などが搬送される方向に先端領域には第２の脱イオン化器５２８が配置される。このため、原料が搬送される方向に第２の電極体５２６及び第２の脱イオン化器５２８がこの順に配置される。このとき、第２のベルト５２４の下部側、すなわち、第１のベルト５１４と向かい合う面には硫黄粒子、灰分粒子の搬送路が形成され、第２のベルト５２４の上部側には戻り部が形成される。また、第２の電極体５２６は、第２のベルト５２４の内部領域において第２のベルト５２４の搬送路側に隣り合うように配置され、第２の脱イオン化器５２８は、第２のベルト５２４の内部において第２のベルト５２４の移動方向が変更される第２のベルト５２４の一方の側に配置される。このとき、硫黄粒子、灰分粒子の円滑な選別のために、第２の脱イオン化器は搬送路の先端、すなわち、戻り部が始まる前の個所に設けられることが好ましい。このような構成によって、荷電器２００から下部コンベヤー５１０に排出された原料のうち陰電荷に荷電された硫黄粒子、灰分粒子は、第１のベルト５１４の搬送路に沿って移動し、陽電荷に荷電された第２のベルト５２４の搬送路に移動及び付着されて搬送されていて、第２の脱イオン化器５２８を通過しながら荷電状態が解放されて第２のベルト５２４から落下して選別貯留器６００に排出される。ここで、第２のベルト５２４、特に、第２のベルト５２４の搬送路が自重によって垂れ下がることを防ぐために、第２のベルト５２４の内部領域に張力軸５２２ａを設けることによって、第２のベルト５２４の戻り部を上方に浮上させて第２のベルト５２４の張力を維持することができる。

また、第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４の外側にはスクラッパー５１９、５２９をそれぞれ設けて、選別貯留器６００に排出されずに第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４に残留する原料を分離して選別貯留器６００に排出してもよい。このとき、スクラッパー５１９、５２９は、第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４の回転方向に対して前方に設けられて第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４に残留する原料を有効に分離及び取り除くことができる。
一方、第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４は、第１の電極体５１６及び第２の電極体５２６の極性の付加によってそれぞれ当該極性に荷電されるように電気伝導性材料によって形成されることが好ましい。
第１の電極体５１６及び第２の電極体５２６には、１〜６０ＫＶの高電圧が印加されることが好ましく、第１の電極体５１６及び第２の電極体５２６は、ワイヤーメッシュ状、棒状 、板状など様々な形状に形成されてもよいが、選別効率を高めるためにはワイヤーメッシュ状に形成されることが好ましい。また、第１の電極体５１６及び第２の電極体５２６は、一つ又はそれ以上配置されてもよい。

第１の脱イオン化器５１８及び第２の脱イオン化器５２８は、それぞれ第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４の終端部に配置されてそれぞれ極性を有するように荷電された炭素粒子と、硫黄粒子及び灰分粒子の表面を中和させて極性を無くす。このため、荷電器２００においてそれぞれ荷電された炭素粒子と、硫黄粒子及び灰分粒子が異なる極性を有する第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４に静電力によって付着されて搬送されていて、第１の脱イオン化器５１８及び第２の脱イオン化器５２８の近くにおいて表面が中和されながら第１のベルト５１４及び第２のベルト５２４との付着力が消滅される。
このため、第１の脱イオン化器５１８及び第２の脱イオン化器５２８の位置は、下部コンベヤー５１０及び上部コンベヤー５２０の配置及び後述する選別貯留器６００の位置に応じて種々に変更可能である。
下部コンベヤー５１０及び上部コンベヤー５２０は、炭素粒子と、硫黄粒子及び灰分粒子の含量比と鉱物学的な特性に応じて種々に配置可能であるが、例えば、平行状、傾斜状、クロスベルト状などに配置される。

この変形例においては、図６に示すとおり、下部コンベヤー及び上部コンベヤーを平行状に配置している。このとき、荷電器２００から下部コンベヤー５１０に原料を円滑に供給するために、原料が供給される下部コンベヤー５１０における領域は、上部コンベヤー５２０と重ならないように配置している。
また、選別された微粉を後述する選別貯留器６００に落下させるために、選別貯留器６００に原料が排出される上部コンベヤー５２０において原料の搬送方向に先端領域、すなわち、一方の側の端部は下部コンベヤー５１０の一方の側の端部と重ならないように配置している。
選別貯留器６００は、静電選別器５００の先端領域の下部に配置されて下部コンベヤー５１０及び上部コンベヤー５２０に付着されて選別された炭素粒子と、硫黄粒子及び灰分粒子がそれぞれ区別されながら貯留される手段である。選別貯留器６００は、仕切り壁６３０によって炭素粒子が貯留される第１の貯留部６１０と、硫黄粒子及び灰分粒子が貯留される第２の貯留部６２０と、に仕切られる。

第１の貯留部６１０及び第２の貯留部６２０は、それぞれ上部が開口されて下部コンベヤー５１０及び上部コンベヤー５２０から落下する炭素粒子と、硫黄粒子及び灰分粒子がそれぞれ貯留される。このため、第１の貯留部６１０は、下部コンベヤー５１０の先端領域の下部に配置され、第２の貯留部６２０は、上部コンベヤー５２０の先端領域の下部に配置されてもよい。このとき、仕切り壁６３０の上端には炭素粒子と、硫黄粒子及び灰分粒子を区別して第１の貯留部６１０及び第２の貯留部６２０の開口された上端に導く回動壁６４０が設けられる。回動壁６４０は、仕切り壁６３０の上端に蝶着されて第１の貯留部６１０の上端領域又は第２の貯留部６２０の上端領域に回動される。

以下、本発明の原料の選別装置を用いて原料を選別する方法について説明する。ここでは、原料として石炭を用い、石炭の主成分である炭素粒子と、不純物成分である硫黄、灰分などを選別する方法について説明する。
原料選別工程が始まると、荷電器２００の荷電ローター２２０及び静電選別器３００の電力供給装置３６０を作動させる。加えて、電源の供給が必要な加熱装置２３０などにも電源を供給して荷電チャンバー２１０を所定の温度、例えば、約２００℃に予熱することが好ましい。

原料貯留器１１０に設けられた石炭をホッパー１１２及び供給配管１１４を介して荷電器２００に所定量ずつ切出する。このとき、原料貯留器１１０に設けられた石炭は、選別し易くするために所定の大きさに破砕された状態である。
原料は、荷電チャンバー２１０の内部の荷電ローター２２０の上部に排出され、このとき、荷電ローター２２０の回転軸２２２の上部に設けられる分配器２２６によってブレード２２４の間の空間に一定に供給される。荷電ローター２２０は、約３０００〜５０００ｒｐｍの速度にて回転し、このような回転速度によって、荷電ローター２２０の上部に排出される石炭粒子は、ブレード２２４及び回転板２２５に衝突及び摩擦しながら陽電荷及び陰電荷を帯びるように１次的に荷電される。荷電ローター２２０のブレード及び回転板２２５に衝突した石炭粒子は周りに飛散して荷電ローター２２０を取り囲んでいる荷電プレート２１２に衝突及び摩擦しながら２次的に荷電される。このとき、荷電ローター２２０によって荷電されていない石炭粒子は、荷電プレート２１２や他の石炭粒子と衝突しながら荷電され、荷電ローター２２０によって荷電された石炭粒子は、荷電プレート２１２や他の石炭粒子と衝突及び摩擦しながら荷電度が上がる。なお、石炭粒子は、荷電チャンバー２１０の内部において飛散及び衝突を繰り返しながら荷電率も上がる。

荷電器２００において荷電された石炭粒子は静電選別器３００に排出されるが、陽電荷に荷電された炭素粒子は負極板３２０ａに向かって移動し、陰電荷に荷電された硫黄粒子、灰分粒子は正極板３２０ｂに向かって移動して選別される。
負極板３２０ａによって選別された石炭粒子は第１の貯留器４１０に投入され、正極板３２０ｂによって選別された硫黄粒子及び灰分粒子は第２の貯留器４２０に投入される。このとき、荷電器２００において荷電されていないミドルリングや負極板３２０ａ及び正極板３２０ｂによって選別されていない粒子は、第１の貯留器４１０と第２の貯留器４２０との間に設けられる第３の貯留器４３０に投入されてもよい。第３の貯留器４３０に投入された粒子は再び原料貯留器１１０に搬送されて再選別作業によって選別される。

このように、本発明の詳細な説明の欄においては具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において種々に変形可能であるということはいうまでもない。よって、本発明の範囲は説明された実施形態に何ら限定されるものではなく、後述する特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲との均等物によって定められるべきである。

本発明の実施形態による原料の選別装置及びその選別方法によれば、原料中に含有される成分の静電極性差を用いて主成分及び不純物を選別して工程に用いられる原料の純度を向上させることができる。これによって、不純物が多量含有される安価及び低品位の原料が使用可能になって製造コストを節減することができる。

１００：原料供給器
１１０：原料貯留器
１１２：ホッパー
１１４：供給配管
２００：荷電器
２１０：荷電チャンバー
２１２：荷電プレート
２１４：支持台
２２０：荷電ローター
２２２：回転軸
２２４：ブレード
２２５：回転板
２２６：分配器
２２８：駆動装置
２３０： 加熱装置
３００，５００：静電選別器
３１０：選別チャンバー
３２０：電極板
３２０ａ：負極板、電極板
３２０ｂ：正極板、電極板
３２２：電極部材
３２５ａ，３２５ｂ：回転シート
３２８：駆動手段
３４０，５１９，５２９：スクラッパー
３６０：電力供給装置
４００，６００：選別貯留器
４１０： 第１の貯留器
４２０：第２の貯留器
４３０：第３の貯留器
４４０：分離板
５１０：下部コンベヤー
５１２：下部駆動軸
５１４：第１のベルト
５１６：第１の電極体
５１８：第１の脱イオン化器
５２０：上部コンベヤー
５２２：上部駆動軸
５２２ａ：張力軸
５２４：第２のベルト
５２６：第２の電極体
５２８：第２の脱イオン化器
６１０： 第１の貯留部
６２０：第２の貯留部
６３０： 仕切り壁
６４０：回動壁

Claims (15)

1. 原料を構成する主成分及び不純物を選別するための装置であって、
   原料を供給する原料供給器と、
   前記原料供給器から供給される原料を荷電する荷電器と、
   前記荷電器において荷電された原料を極性に応じて分離するための静電選別器と、
   前記静電選別器において選別されて落下する原料を分離して収集する選別貯留器と、を備え、
   前記荷電器は、
   内部に前記原料供給器から供給される原料を荷電するための空間が形成される荷電チャンバーと、
   前記荷電チャンバーの内部に回転自在に設けられ、回転力によって前記原料供給器から供給される原料に衝撃を加える荷電ローターと、
   を備え、
   前記荷電ローターは、
   回転軸と、
   前記回転軸に回転力を提供する駆動装置と、
   前記回転軸の上部に設けられる分配器と、
   前記分配器の下部に設けられ、前記回転側の外周面に放射状に連結される少なくとも一つのブレードと、
   前記ブレードの下部に設けられ、前記回転軸の外周面に連結される回転板と、
   を備えることを特徴とする原料の選別装置。
2. 前記荷電チャンバーは、
   内部に前記荷電チャンバーの中心側に向かって傾いた傾斜面を有する荷電プレートと、
   前記荷電チャンバーを加熱する加熱装置と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の原料の選別装置。
3. 前記分配器は、円錐又は多角錐状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の原料の選別装置。
4. 前記ブレード及び前記回転板の表面には、凹凸構造が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の原料の選別装置。
5. 前記静電選別器は、
   上下方向に配置される負極板と、
   前記負極板から離れて上下方向に設けられる正極板と、
   を備え、
   前記負極板及び正極板は、下部が外側を向くように傾いて配置されたことを特徴とする請求項１に記載の原料の選別装置。
6. 前記負極板及び正極板は、距離及び角度のうちの少なくともいずれか一方が調節可能なように形成されたことを特徴とする請求項５に記載の原料の選別装置。
7. 前記静電選別器は、
   互いに離れて設けられ、上下方向に配置される一対の電極部材と、
   前記電極部材を取り囲んで上下方向に回転する回転シートと、
   を備え、
   前記一対の電極部材は、異なる極性を有することを特徴とする請求項１に記載の原料の選別装置。
8. 前記回転シートの一方の側には、前記回転シートに付着される原料を分離するスクラッパーが設けられたことを特徴とする請求項７に記載の原料の選別装置。
9. 前記静電選別器は、
   無端状の第１のベルトと、前記第１のベルトの内部の領域に設けられる第１の電極体と、を有する下部コンベヤーと、
   前記下部コンベヤーの上部に離れるように設けられる無端状の第２のベルトと、前記第２のベルトの内部の領域に前記第１の電極体とは異なる極性を有するように設けられる第２の電極体を有する上部コンベヤーと、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の原料の選別装置。
10. 前記下部コンベヤーは、一対の下部駆動軸に前記第１のベルトが無端状に連結され、前記一対の下部駆動軸の間に前記第１の電極体が配置され、前記第１のベルトの内部領域の一方の側には第１の脱イオン化器が配置され、
    前記上部コンベヤーは、一対の上部駆動軸に前記第２のベルトが無端状に連結され、前記一対の上部駆動軸の間に前記第２の電極体が配置され、前記第２のベルトの内部領域の一方の側には第２の脱イオン化器が配置されたことを特徴とする請求項９に記載の原料の選別装置。
11. 前記第１のベルト及び第２のベルトのうちの少なくともいずれか一方の外側にはスクラッパーが設けられたことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の原料の選別装置。
12. 前記第１のベルト及び第２のベルトは、電気伝導性材料によって製作されたことを特徴とする請求項１１に記載の原料の選別装置。
13. 前記上部コンベヤーには、前記第２のベルトの内部領域に前記第２のベルトの戻り部を上方に浮上させて前記第２のベルトの張力を維持する張力軸が配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の原料の選別装置。
14. 前記上部コンベヤー及び前記下部コンベヤーは、少なくとも一部が重なり合うように配置され、前記上部コンベヤー及び前記下部コンベヤーの対向面は平行に配置されたことを特徴とする請求項１３に記載の原料の選別装置。
15. 前記選別貯留器は、仕切り壁によって炭素粒子が貯留される第１の貯留部と、硫黄粒子及び灰分粒子が貯留される第２の貯留部とに仕切られ、
    前記仕切り壁の上端には、主成分及び不純物を区別して前記第１の貯留部及び第２の貯留部の開口された上端に導く回動壁が設けられ、
    前記回動壁は、前記仕切り壁の上端に蝶着されて第１の貯留部の上端領域又は第２の貯留部の上端領域に回動されることを特徴とする請求項１４に記載の原料の選別装置。

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