JPH0421719B2

JPH0421719B2 -

Info

Publication number: JPH0421719B2
Application number: JP58080756A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Kaji; Tadashi Muranaka; Hideo Kikuchi; Yoshiki Noguchi; Masayasu Murata
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1983-05-11
Filing date: 1983-05-11
Publication date: 1992-04-13
Also published as: JPS59206056A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はスラリー状石炭の輸送に際し、粒径調
整を行うに好適な固体の粒径調整方法及びその装
置に関する。

〔発明の背景〕

固体の粉砕技術は化学工業、セメント工業、固
体燃料の燃焼装置その他の工業分野で広く応用さ
れ、非常に重要な工業技術である。更に近年、粉
砕した固体と溶媒を混合して高濃度の固体を含有
するスラリーとなし、輸送効率を向上する方法
や、粉砕した固体を圧縮もしくは焼成等により高
強度の材料を製造する方法が注目されており、固
体の粉砕技術は増々重要性が増大している。具体
的には、前者の例として石炭を粉砕した後溶媒と
混合して高濃度スラリーとなし、このスラリーを
輸送する技術があり、後者の例として、窯業にお
けるアルミナクリンカセメントの強度増大技術
や、高硬度セラミツクスの製造技術等が代表的な
ものである。

これら技術の基本となつている原理は、粉砕し
た固体を高密度に充てん出来るように粒径調整を
行うことである。このように粒径調整を行うこと
により、前記の例で言うならば、粉体充てん層の
粒子間空隙割合（以下空隙率を称す）を極力小さ
くしてスラリーの流動化に必要な溶媒量を減少
し、固体の輸送効率を向上させるか、あるいは、
後者の例で言うならば高密度に充てんさせること
により、高密度のアルミナクリンカセメントやセ
ラミツクスと成し、高強度の材料を製造すること
が可能となる。

上記の技術の基本となる粉体の密充てんに関し
ては理想的な粉体形状である球形粒子を用いて古
くから研究が行われており、粉体を充てんした場
合の空隙率は、粒子が単一粒径ではなく、複数の
異なる粒径を持つている場合に小さくなることが
明らかにされている。第１図に模式的に示したよ
うに、異なる粒径を持つ粒子を混合した粒体で
は、大粒径の粒子１の間の空隙空間２に小径３が
充てんされるため、その空隙率は単一粒径の粉体
の場合よりも小さくなり、より密に充てんされる
ことになる。第１図から明らかなように、粒子の
粒径巾（最大粒径から最小粒径の巾）が大きい
程、充てん時の空隙率は小さくなり、より密に充
てんされる。

以上のように充てん時の空隙率が極力小さくな
るように粒径を調整する方法として、異なる粒径
を持つ複数の粉体を混合する方法と、広い粒径範
囲に亙り連続的に分布するように粉砕する方法と
が知られているが、工業的に固体を上記のように
粉砕するには当然後者の方法が好ましいと考えら
れる。充てん時の空隙率を小さくするような連続
粒径分布に関しては、やはり古くから研究が行な
われており、代表的なものとして次式で表わされ
るアンドレアセン式がある。

Ｆ＝（Ｄ／D_L）ⁿ・100 但し、Ｄ：粒径Ｄ：最大粒径ｎ：定数（0.2〜0.7）Ｆ：粒径Ｄよりも細かい粒子の累積重量
割合（重量％）第２図に、アンドレアセン式においてD_L＝
300μｍ，ｎ＝0.46とした時の粒径分布曲線を示す
が、この図からも、充てん時の空隙率を小さくす
るためには巾広い粒径分布が必要なことが理解出
来る。

従来、固体を粉砕する方法として種々のミルが
用いられている。例えばスクリーンミル、ハンマ
ーミル、ロツドミルやボールミル等がその代表的
なものである。しかし、これらの従来から用いら
れているミルを使用して固体を粉砕した場合、得
られた粉体粒子は非常に限られた範囲の粒径を有
するため、このままでは上記の新技術に適応した
巾広い粒径分布を得ることは困難である。従つ
て、従来技術を適用するに当り、種々のミルを用
いるか、あるいは同一のミルを用いる場合でも、
種々の異なる条件の下で粉砕した多種類の異なる
粒径分布を有する粉体をまず製造し、これらを適
当な割合で混合することが必要となる。このよう
な方法で上記の巾広い粒径分布を有する粉体を製
造する場合、異なつた種類のミルを複数台使用す
るか、あるいは同一形式のミルでも異つた粉砕条
件で粉砕するにはその条件に応じた数のミルを設
置する必要があり、プロセスの経済性の面から好
ましいものではない。また、多種類の異なつた粒
径分布を有する粉体を混合して、巾広い粒径分布
を有する粉体を製造するには、各々の粉体の粒径
分布を測定監視する必要があり、また、各々の粉
体を適当な割合に混合するための設備等が必要
で、製造プロセスを複雑なものとするため、好ま
しいものではない。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点を改善しようとしてなされた
もので、簡単かつ容易に石炭の粒径調整を行うと
共に、粉砕効率を向上させ、低粘度且つ高濃度な
石炭水スラリーを製造することを目的とするもの
である。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために本発明は、石炭塊
をスラリー状にする石炭水スラリーの製造方法に
おいて、前記石炭塊を供給するボールミル回転体
の内部に仕切板を介在して軸方向に２つの室を設
け、該仕切板の中央には各室を連通する穴を設け
ると共に、該２つの室のうち第２の室のボール径
を第１の室の最大ボール径と同じかあるいはそれ
以下とし、該第１の室へ石炭粒子と水と分散剤と
を混入して前記石炭塊を粗粉砕し、次いで該粗粉
砕した粗粉炭スラリーを該第２の室へオーバーフ
ローさせて微粉砕すると共に、該第２の室へ前記
ボールミル回転体に供給する以前の石炭粒子を供
給することを特徴とするものである。

上記の構成によれば、ボールの運動エネルギー
が石炭に伝達されてこの石炭は粉砕され、水と共
にスラリー状化した石炭は更に粒径の小さいボー
ルによつて摩擦粉砕され、微細な石炭粒子を多量
に生成する微粉砕が行われる。そのために、粘性
が低下し、且つ高密度な石炭水スラリーとなる。

しかも、微粉砕する第２の室へ原料の石炭粒子
を供給することにより粗粉の量を増やし、最大粒
径から最小粒径までの巾を広くすることができる
ので、粒子間空隙割合を小さくすることができ、
石炭粒子の輸送効率を高めることができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第３図及び第４図によ
つて説明する。１１は石炭のサイロ、１２は石炭
を粗粉砕する粉砕機１３に石炭を送るフイーダ
ー、１４は粉砕機１３からの粗粉炭を貯えるホツ
パー、１５及び１６はホツパー１４からミル回転
体２１に粗粉炭を供給するフイーダーである。１
７は水を貯えた水タンクでミル回転体２１内にポ
ンプ１８によつて水を供給する。１９は分散剤を
貯えたタンクであり、分散剤を水に混合して管２
０よりミル回転体２１内に供給する。前記ミル回
転体２１の内部には仕切板２２を介在して２つの
室２３，２４を形成し、仕切板２２の中央には室
２３で粉砕された微粉炭のスラリーを室２４にオ
ーバーフローさせる穴２５があけられている。前
記室２３の側端部には円筒状の供給口２６が形成
され、この供給口２６にはフイーダー１５から粗
粉炭が、また分散剤を含んだ水が夫々連続的に供
給され、室２３に流入される。室２４の側端部に
は円筒状の取出口２７が形成され、この取出口２
７から室２４で微粉砕された微粉炭が連続的に取
出される。この取出口２７にはフイーダー１６か
ら粗粉炭が室２４に供給するよう供給管２８が設
けられている。２９及び３０は供給口２６及び取
出口２７を回転可能に支持する軸受、３１はミル
回転体２１の円筒外周に設けた歯車で、この歯車
３１はモータ３２の軸に取付けた歯車３３と噛合
い、モータ３２を駆動することによりミル回転体
２１が回転される。３４及び３５は室２３，２４
に装入されたボールであり、このボール３４，３
５はミル回転体２１の回転による衝撃摩砕で粗粉
炭及び微粉炭をより微細に粉砕する。３６はミル
回転体２１の取出口２７から取出された微粉炭の
うち未粉砕の大粒径粒子を除去するスクリーンで
あり、除去された粒子は再度供給２６から室２３
に戻され、残りはスラリータンク３７に貯えられ
る。

次にこの作用を説明する。ホツパー１４から粗
粉炭が、水タンク１７からは水が、そしてタンク
１９からは分散剤がミル回転体２１の供給口２６
から室２３内に連続的に供給される。室２３では
粗粉炭がボール３４によつて微細に粉砕され、か
つ水を加えられることによつてスラリー化され
る。室２３で微細に粉砕されたスラリーは仕切板
２２の穴２５から連続的に室２４に流出する。室
２４では新たに供給管２８から供給された粗粉炭
と混合されながら室２３とは異なつた条件下でボ
ール３５により粉砕される。しかる後取出口２７
からスラリーが連続的に取出される。このスラリ
ーの粒径分布は、固体の種類、室２３，２４の体
積、回転速度、ボール３４，３５の大きさ、その
数量、粉砕時間などいろいろの条件によつて最適
なものが決められる。例えば第５図のごとく室２
３と室２４の直径を違うように構成し、かつ室２
３には径の異なる２種類のボール３４Ａ，３４Ｂ
を装入したもので、これも粒径分布を調整する１
つの具体例である。

以下本装置を石炭の粉砕に用いた湿式粉砕例を
もとに各種実施例を説明する。

実施例１石炭を粒径５mm以下となるように粗粉砕した
後、第４図のミル回転体を用い以下の要領で湿式
粉砕を行つた。

ミル回転体２１は、内径500mm、長さ1010mmの
ステンレス製円筒容器を用い、仕切板２２には、
その中心に200φの穴をあけた。室２３の長さは
700mm、室２４の長さは300mmとした。室２３には
直径20mmのステンレス製球を3000個充てんし、室
２４には同じ球を1000個充てんした。このミルを
毎分40回転で回転させておき、供給口２６より、
上記の粗粉砕炭を毎時3.38Kg、陰イオン系界面活
性剤を0.5％含有する水を毎時1.82の速度で供
給した。更に供給管２８より石炭を毎時0.87Kgの
速度で供給した。石炭及び水の供給に当つては、
各室２３，２４の入口端の方に供給し、滞留時間
内に充分粉砕が行なわれるようにした。以上の条
件下で、石炭スラリーの室２３における滞留時間
は約５時間、室２４における滞留時間は約1.1時
間であつた。また、室２３内での石炭スラリーの
濃度は65重量％、室２４内では約70重量％であつ
た。

以上のようにして石炭を毎時4.25Kg供給し、得
られた石炭スラリー中の粒子の粒径分布を測定し
た。粒径分布の測定は37μｍ（400メツシユ）以
上の粒径についてはJIS篩を用いて湿式分級法に
より行い、37μｍ以下の粒径については、遠心力
場における沈降を利用した光透過法により行つ
た。第６図にその結果を示す。本実施例の結果か
ら明らかなように、本発明になる方法により粉砕
を行うことにより、従来技術では困難であつた巾
広くしかもなめらかな粒径分布を有する粉体を単
一ミルで、しかも単一の操作で製造することが可
能となつた。なお、室２４へ供給管２８より石炭
を供給しなかつたものは、第６図に破線で示すよ
うになり、粒径の大きいものが得られなかつた。

実施例２実施例１と同じミルを使用し、石炭の湿式粉砕
を行つた。但し、本実施例では粉砕条件を以下に
述べるように変更し粉砕を行つた。第４図の室２
３には実施例１と同様に直径20mmのステンレス球
を3000個充てんし、室２４には直径15mmのステン
レス球を1000個充てんしたミルを毎分40回転で回
転させておき、供給口２６より、実施例１で述べ
た粗粉砕炭を毎時8.45Kg、陰イオン系界面活性剤
0.6％を含有する水を毎時3.62の速度で供給し
た。更に供給管２８より石炭を毎時2.41Kgの速度
で供給した。実施例１と同様、石炭と水の供給に
当つては、各室２３，２４の入口端の方に供給
し、各室２３，２４内における滞留時間内に充分
粉砕と攪拌が行なわれるように配慮した。即ち、
室２３への石炭と水の供給は供給口２６の直下に
行ない、室２４への石炭の供給は仕切板２２の近
くに行つた。以上の条件下で、石炭スラリーの室
２３における滞留時間は約2.2時間、室２４にお
ける滞留時間は約0.5時間であつた。また、室２
３内での石炭スラリーの濃度は70重量％、室２４
では約75重量％であつた。

以上のようにして石炭を毎時約11Kg供給し、得
られた石炭スラリー中の粒子の粒径分布を実施例
１と同様に測定した。第７図にその結果を示す。
本実施例では実施例１に比べ、ミル各室２３，２
４内での石炭の滞留時間が短かいため、得られた
粉砕炭の粒径分布は多少粒径の方にづれている
が、巾広い粒径分布を有する粉体を単一ミルによ
り単一操作で製造することができた。

実施例３室２３に直径20mmのステンレス球を1200個、直
径10mmのものを8000個、直径５mmのものを40000
個充てんした以外は実施例２と全く同じ条件で石
炭の粉砕を行い、得られた粉砕炭の粒径分布を第
８図に示す。本実施例の結果は実施例２の場合に
比べ、小粒径の粒子が弱冠増加しており、本発明
の効果が更に大きいことが理解出来る。

実施例４石炭を粒径２mm以下となるように粗粉砕した
後、第５図のミル回転体を用い、以下の要領で湿
式粉砕を行つた。

室２３は直径800mm、長さ500mmの円筒で構成さ
れ、室２４は直径400mm、長さ1400mmの円筒で構
成されており、各室２３，２４は中心に直径170
mmの穴を有する仕切板２２で仕切られている。室
２３の一端に設けられた供給口２６の内径は80
mm、室２４の一端に設けられた粉体の取出口２７
の内径は250mmである。上記構造のミル円筒容器
の室２３内に直径20mmのステンレス製球を9300
個、室２４に同じ球を2300個充てんし、これを毎
分30回転で回転させておき、供給口２６より上記
の粗粉砕炭を毎時14.73Kg、陰イオン系界面括性
剤0.6％を含有する水を毎時6.31の速度で供給
した。更に供給管２８により、室２４の仕切板２
２の近くに上記の粗粉砕した石炭を毎時4.2Kg供
給した。以上の条件下で、石炭水スラリーの室２
３における滞留時間は３時間、室２４における滞
留時間は約40分であつた。また、室２３内におけ
る石炭スラリー中の石炭濃度は70重量％、第２室
では75重量％であつた。

以上のようにして石炭を毎時約19Kg供給し、得
られた石炭スラリー中の粒子の粒径分布を測定し
た。粒径分布の測定は37μｍ（400メツシユ）以
上の粒径についてはJIS篩を用いて湿式分級法に
より行い、37μｍ以下の粒径については、遠心力
場における沈降を利用した光透過法により行つ
た。第９図にその結果を示す。本実施例の結果か
ら明らかなように、本発明になる方法により粉砕
を行うとにより、従来技術では困難であつた巾広
い粒径分布を有する粉体を単一ミルで、しかも単
一の操作で製造することが可能となつた。

これらの実施例によつて次のように考察するこ
とができる。

第１室２３の中のボールの直径は原炭の大きさ
にもよるが、大体40〜60mmが適正である。一方第
２室２４内のボールの大きさは20〜50mmが好まし
い。ミル本体２１は円筒計の形状であり、ギヤ３
３によつて回転されるようになつている。ミルの
回転にともない粉砕ボールはミル内を転がり、こ
の結果生じるボールの運動エネルギーが被砕物で
ある石炭に伝達されてこの石炭は微粉砕される。

ミル本体２１に石炭が投入されるとまず第１室
の大きな粉砕ボールによつて石炭は粗粉砕され
る。通常ミルに投入されるべき原炭の直径は20mm
以下が好ましい。この大きさの石炭は第１室にお
いて１mm以下に粉砕される。通常高濃度水スラリ
に適する石炭の粒径分布は第９図に示されてい
る。最大粒径は300μｍである。これはスラリの
燃焼効率を上げるには最大粒径を約300μｍ程度
に押さえる必要があるためである。一方スラリの
輸送効率を考慮すると、スラリ粘度は低い方が良
い。低粘性化にはこれまでの基礎研究の結果、
1μｍ以下の超微粒子の存在が不可欠である。こ
のような微粒子は、数百μｍの比較的大きな粒子
の間に入り込みベアリングのような役割をしてス
ラリの低粘性化に寄与しているものと考えられて
いる。

ここで、前述のミル第１室において１mm以下に
粉砕された石炭は仕切板２２を通過して第２室に
流れ込み、更に粉砕処理を受ける。１mm以下の粒
子は第２室において、第９図に示した粒径分布と
なるように粉砕されなければならない。つまりト
ツプサイズが300μｍで、かつ1μｍ以下の粒子を
できるだけ多量に生成する必要がある。そのため
には第２室の粉砕ボールの直径は第１室のボール
の直径よりも小さくなければならない。ミルのな
かではボールが石炭水スラリに混じつて粉砕運動
が行われている。この時第２室のスラリの粘度は
数百センチポアズと粘度が高い。この中に小さな
ボールが混じつているとすると、このボールの一
個一個の重量が小さいため、衝撃的な運動よりも
摩擦運動が主に行われる。摩擦運動は衝撃運動よ
りも微粒の生成に適しており第９図のような粒径
分布の生成に適している。従つて第２室では、第
１室から流入した石炭の摩擦粉砕が活発に行われ
るようになり、高濃度石炭水スラリに適正な粒径
分布が形成される。またボールの直径が小さくな
ると同じ重量を投入する場合では、表面積が大き
くなる。従つて石炭とボールとの接触確率も大き
くなり、このため粉砕効率が向上するのである。

以上の実施例は石炭の粉砕に関するもののみで
あるが、粉砕の対象となる固体の硬度や粉砕性に
応じて粉砕条件を適便選定することにより、石炭
以外の固体にも本発明になる粉砕装置を適用する
ことが出来、前述の目的を達成することが可能で
あり、上記実施例は本発明の範囲を限定するもの
ではない。また、乾式粉砕においても、条件の選
定により上記実施例と同等の効果を得ることが出
来、本実施例は本発明の範囲を限定するものでは
ない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、簡単且つ容易な方法によつて
石炭の粒径調整が行われると共に、粉砕効率が向
上し、低粘度且つ高濃度のため輸送効率が良く経
済性の高い石炭水スラリーを製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は異粒径粒子混合粉体の充てん状態を示
す模式図、第２図はアンドレアセン式の粒径分布
の一例を示すグラフ、第３図は石炭スラリーの製
造プロセスに本発明の粒径調整装置を用いたフロ
ーシート、第４図は第３図粒径調整装置の一実施
例を示す縦断面図、第５図は本発明粒径調整装置
の他の実施例を示す縦断面図、第６図は本発明実
施例１の結果を示すグラフ、第７図は本発明実施
例２の結果を示すグラフ、第８図は本発明実施例
３の結果を示すグラフ、第９図は本発明実施例４
の結果を示すグラフである。２０……管、２１……ミル回転体、２２……仕
切板、２３，２４……室、２５……穴、２６……
供給口、２７……取出口、２８……供給管、３２
……モータ、３４，３５……ボール。

Claims

【特許請求の範囲】

１石炭塊をスラリー状にする石炭水スラリーの
製造方法において、前記石炭塊を供給するボール
ミル回転体の内部に仕切板を介在して軸方向に２
つの室を設け、該仕切板の中央には各室を連通す
る穴を設けると共に、該２つの室のうち第２の室
のボール径を第１の室の最大ボール径と同じかあ
るいはそれ以下とし、該第１の室へ石炭粒子と水
と分散剤とを混入して前記石炭塊を粗粉砕し、次
いで該粗粉砕した粗粉炭スラリーを該第２の室へ
オーバーフローさせて微粉砕すると共に、該第２
の室へ前記ボールミル回転体に供給する以前の石
炭粒子を供給することを特徴とする石炭水スラリ
ーの製造方法。