JPS61183112A - 顆粒状シリカヒユ−ムの製造方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリコン系合金鉄製錬電気炉よシ発生するシリ
カヒユームを効率よくかつ連続的に顆粒状とするための
顆粒状シリカヒユームの製造方法とその製造装置に関す
るものである。

（従来の技術〕 従来シリコン系１合金鉄を製錬する際に電気炉よシ発生
するシリカヒユームは産業廃棄物として処分されていた
が、近年、シリカヒユームのもつ特性が見直され、建材
、耐火物及び肥料用等に利用されている。

しかしこの発生したシリカヒユームは真比重は２．２〜
２．３であるが一般にその粒径は０．１〜０．３μｍで
比表面積（ＢＩＴ　）は１５〜２５　ｍ１ｆｔと相当微
細なものであ夛、各々の粒子は凝集して擬似粒子を形成
しその内部に相当量の空気を包み込んでいるため、この
シリカヒユームの嵩比重は一般に０．２前後である。こ
の捕集された状態のシリカヒユームを袋詰め又は７レコ
ンバツグ等でｆＦ！要家まで輸送する際には嵩比重が小
さいため、重量当シの容積が美大になり、輸送費が高額
になる。又、シリカヒユームは流動性が悪く、取扱い時
に飛散する問題をかかえている。

この様なシリカヒユームを造粒する方法が以下に述べる
様に知られている。

特開昭４８−５７８２１号記載の発明によれば、シリカ
ヒユームに水を添加してベレットとなし、このベレット
をシャフト炉で焼結した後再び原料として使用する方法
が開示されている。また特開昭４７−３８７８１号記載
の発明によれば、シリカヒユームに水を添加し攪拌球状
化して輸送に適したものとすることが開示されている。

更に又、特開昭５３−４００１６号記載の発明によれば
シリカヒユームとセメント等の混合した粉体に珪酸ソー
ダーを添加噴霧造粒し、骨材を得ることが開示されてい
る。

特開昭５３−１２５、６号の記載の発明によれば、シリ
カヒユームに珪酸を含む液及びポリビニルアルコールを
添加して造粒することＫより７エロシリコン原料として
再使用することが開示されている。

しかし、上記諸方法は、シリカヒユームを再度原料とし
て電気炉に戻すかあるいは骨材・レンガ等に使用する為
に、必要な強度を得る目的で、又、輸送の衝撃に耐えら
れる強度を持たせる為、かつ、輸送に便利な様に大きな
粒径とする目的で水、珪酸ンーダー、ポリビニル、アル
コール等のノ（インダーを添加して粒、状となす方法に
関するものである０ （発明が解決しようとする問題点） しかし、これらの方法により造粒されたシリカ、ヒユー
ムは、バインダーを含有しているので、その特性は、シ
リカヒユームの個有の特性とは大きく異っている。例え
ば、粒状のシリカヒユームをコンクリートの増強若しく
は耐久性を増すために使用する際には、バインダーを含
有するだめの分散性が劣化するという欠点が知られてい
た。

本発明は、従来のシリカヒユーム造粒方法の有する欠点
を除去改善して、シリカヒユームのもつ個有の特性を失
うことなしに、輸送費用の低減及び取扱い性の改善を行
うことを目的とするものである。

（問題を解決するだめの手段） 本発明は、特許請求の範囲に記載された方法および装置
を提供することＫよυ前記目的を達成することが出来る
。

本発明でいうシリカヒユームとは、金属シリコン及ヒフ
エロシリコン等のシリコン、１％　合金鉄ａｍ電気炉の
高温反応帯よシ発生する気体状の一酸化けい素（Ｓｉ、
０　）が空気中で酸化され非常に微細な非晶質珪酸を主
体としたダストのことである。

、”シリコン系合金鉄を製錬するサブマージド・アーク
炉において電極先端の高温反応帯では、中間生成物であ
るシリコンカーバイド（ＳｉＣ）と原料の砂石中の二酸
化けい素（５ｉｎ２）が反応し、シリコン（Ｓｉ）　、
　ＳｉＯ及び−酸化炭素ガスが生成される。

ここで生成されたＳｉＯは気体であり、電気炉炉内原料
層を上昇して行く過程で理論的には、原料層内に存在す
る炭素系還元剤と反応し再びＳｉＣ又はＳｉＯ２及びＳ
ｉとに分解される。

しかし、実際操業において、発生したＳｉＯは完全に炭
素系還元剤と接触することなしに一部は炉外へ放出され
る。この放出されたＳｉＯは大気中の酸素と急激に反応
し、ＳｉＯ２となり、微細なシリカヒユームとなる。

この様にして発生するシリカヒユームの量はそのシリコ
ン系合金、鉄の品位及び操業形態によシ異ると思われる
が、金属シリコンの場合、金属シリコントン当シ４００
〜５００に５＋、ＪＩＳ規格７エロ・シリコン２号品の
場合は、２００〜２５０に９、又同様にフェロシリコン
３号品の場合は１００〜１５０に９である。

電気炉よシ発生したシリカヒユームは、電気炉排ガスと
ともに、冷却塔を経てバッグ式集展機又は電気集塵機に
は捕集される。

表１に代表的なシリカヒユームの成分を示す。

表１　シリカヒユームの成分（代表例〕ここでいう顆粒
とは、粒子径０．１〜２．０箇の範囲を意味するもので
ある。よってシリカヒユームの顆粒化については、本質
的な特性を失わせないためバインダー等の不純物を添加
することなく行わねばならない。即ちシリカヒユームの
輸送時及び取扱い時は粒状でちゃ、実際の使用時は、顆
粒化以前のシリカヒユームの挙動を同じくしなければな
らない。本発明によるバインダーを使用せずにシリカヒ
ユームを顆粒化する機構は下記の様であると考えられる
。電気炉より発生したシリカヒユームの粒子１個の大き
さは電子顕微鏡観察によれば、０．１〜０．３μｍの球
形であるが、それら粒子は相互に複数個接触凝集して擬
似粒子状となっている。よって見掛上の１個の粒子はそ
の内部に相当量の空気を含有しているので擬似粒子の比
重は極めて小さい。よって、その擬似粒子に下記の様な
エネルギーを与えて取シ込まれている空気を追い出し、
シリカヒユームを更に凝集させることにより高嵩比重の
シリカヒユームを得ることができる。

ところで、多孔質粉体、例えば薬品の粉末をバインダー
を添加せずに顆粒化する方法としては、エアーレーショ
ン方式（粉体に空気を吹き込む方式）２回転ドラム方式
（円筒の回転体の内に粉体を装入し回転造粒させる方式
）及び振動方式（粉体に振動を与え造粒する方式）が知
られているが、これらの方式をシリカヒユームの顆粒化
に適用すると長時間を要し、尚かつ造粒のバラツキが大
きいことを本発明者らは実験によシ確認した。

本発明によれば、立型円筒状容器内に攪拌羽根を取シ付
は何らのバインダーを添加することなく、粒径のバラツ
キがなく嵩比重の高い流動性の大なるシリカヒユーム顆
粒を短時間で得ることが出来る。

次に本発明を実施するのに使用することの出来る顆粒化
装置の一つの例の概略図を第１図に示す。

ここでＤは容器の直径（■）、ｄは羽根の直径（ｗ　）
　、　Ｈはシリカヒユームの攪拌羽根底よりの充填高さ
く　Ｅｌｌ　）　、　ｈは攪拌羽根の底と容器の間隔（
ｗ　）　、　Ｒは攪拌羽根の回転数（ｒｐｍ　）　＋　
Ｌは回転翼平面から容器上端部までの高さである。

ここで上記装置において容器の直径その他の寸法及び回
転数を変化させてシリカヒユームを効率よく連続的に顆
粒化する条件について種々実験し、更に上述の回転ドラ
ム方式等の顆粒の製造方法と比較を行った。

シリカヒユームにバインダーを添加せず、本発明の攪拌
羽根方式と他の造粒方式の効率の比較を処理時間とシリ
カヒユームの嵩比重の変化で確認した。

ここで使用した装置は攪拌羽根方式では羽根の径は１５
０＋ｍ、容器の径は２７０ｍ、、攪拌羽根は容器の底よ
Ｊ１５ｍの位置に固定しシリカヒユームをその攪拌羽根
の底よ’ｉ）　１１０　ｗｇの高さに充填し、回転数を
２７０　ｒＰｍとして攪拌を実施した。

回転ドラム方式は直径１２０　＊　、長さ３００冒のド
ラムにシリカヒユームを１００　？装入し１５０　ｒｐ
ｍで回転した。

エアー吹き込み方式は、２０１７Ｍ工Ｎの速度で直径１
００　ｍｗの容器内で１５０ｍの高さに充填したシリカ
ヒュームに空気を吹き込んだ。

上記３法について、時間の経過と共に嵩比重が、どの様
に変化するかを調べた結果を第２図に示す。

同図によれば、本発明が他の方法に比べて、時間的な効
率及び到達嵩比重も著しく良好であることが判る。

又、その時の本、発明の顆粒状シリカヒユームの粒度分
布及び嵩比重を表２に示す。

上記表２より本発明によれば０．１〜０．５ｍの範囲内
の顆粒が８０％以上含まれていることが判る。

次に本発明の攪拌羽根方式により顆粒化に及ぼす諸因子
を種々に変え顆粒化条件把握のための実験を実施した。

ここで使用した攪拌羽根は、直径１５０■のものを使用
し１５分間攪拌し解析を行った。

尚、攪拌羽根の位置は、容器の底よれ、５ｍ離して固定
しシリカヒユームは攪拌羽根底よれ、００−の高さに充
填した。その結果を表３に示す。

表３　顆粒化条件の把握（ｄ／ＤとＲを因子とする〕次
に、顆粒化されたシリカヒユームが本来の個有の特質を
失わないための条件は嵩比重で、どの範囲にあるのが好
ましいかを調査してみた結果、嵩比重の０．５未満の顆
粒状シリカヒユームは、その強度が低く取扱い運搬によ
り、容易に粉化してしまうことが判った。又、顆粒化さ
れたシリカヒユームを水に投入し、その分散性を調査し
た結果。

顆粒状シリカヒユームの嵩比重が０．７を越えると分散
性が悪化し、本来の特性を具えているとは言えなく′な
ってくる。よって本来の特性を失わずに顆粒化されたシ
リカヒユームの適正な嵩比重の範囲は０．５〜０．７で
あることが判った。

その結果、次の顆粒化条件が満たされる必要があること
が判った。即ち ０．５≦ｄ／］）≦０．９５ かつ、Ｒ＝　ｋ　Ｄ／ｄ　　であり、ｋは定数であり、
その値は１８０〜２３０である。即ち、０が０．５より
小さい場合嵩比重が小さく、適正ではなく又生成された
粒子の径は不揃いであった。又、逆にａ／Ｄが０．９５
を越えるとシリカヒユームの顆粒化は殆んど行われない
。これは、余シにも羽根と容器の壁との間隔が少な過ぎ
ると、羽根の攪拌によシ、シリカヒユーム全体が羽根と
共に回転してしまい十分供給されたエネルギーがシリカ
ヒユームに伝わらなくなってしまう結果であると考えら
れる。

次に、ｈおよびＨを決定するための試験を行った。

この試験におけるその他の試験条件は、攪拌羽根の径は
１５０　ｗｍであシ容器の内径は２３０■であった。攪
拌羽根の回転数は２７０　ｒｐｍで３０分攪拌し充填し
たシリカヒユーム全体の嵩比重を測定した。

その結果を表４に示す。

表４　ｈとＨの顆粒化に及ぼす影響 （表中の数値はシリカヒユームの嵩比重を示す〕よって
次の関係式が導れた。

０．０５ｄ≦ｈ≦０．３０ｄ ０．４０（１≦Ｈ≦３．０Ｏｄ ｈに関しては、零の場合顆粒化は全く行われなかった。

これは攪拌羽根の上側で造粒は行われているが、羽根の
下側にもある程度のシリカヒユームが流動出来る空間が
必要であることが判った。

しかし、これは無意味に大きくとる必要はなく、上限は
０．３ｄで十分である。

又、Ｈに関しては、Ｈが０．４（ｉ未満となると、シリ
カヒユームの流動が吹き抜は状態、即ち、シリカヒユー
ムの充填された上表面が動く状態となり、顆粒化は行わ
れない。シリカヒユームの顆粒化にはある程度の圧力即
ちある程度の充填層の高さが、必要である。又、逆にＨ
が３゜Ｏｄを越えると、その圧力が大きく々り過ぎるた
め流動性が悪化してくる傾向が見られた。なお本発明の
装置にあって、本発明の方法を実施するためには０．４
（１くＬの関係にしなければ作業中シリカヒユームが溢
出する恐れがある。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 容器全高さ１５００ｍ＋、攪拌羽根５００簡径を用い、
シリカヒユームの連続顆粒化を行った。

容器の径は８５０■で攪拌羽根は容器の底よシ８０禦の
高さに固定し、シリカヒユームは容器の底よ？）　１０
００　ｍの充填高さとした。使用した容器の底には顆粒
化されたシリカヒユームを排出する直径２０■の排出孔
を設けた。攪拌羽根の回転数は２７Ｏｒｐｍ一定とした
。この時、攪拌開始直後は未だ顆粒化が十分進行してい
ないため容器の底の排出孔は閉じておき、攪拌開始後２
０分に排出孔をあけた。排出孔よシ顆粒化されたシリカ
ヒユームが連続的に排出されてきた。排出と同時に容器
上方開放部よシ常時シーリカヒユームの高さが一定とな
る様連続的にシリカヒユームを供給した。表５には攪拌
開始後１０分間毎の排出された顆粒状シリカヒユームの
重量とその嵩比重を示す。時間の経過とともに排出量は
一定となシ嵩比重も０．６０と安定して製造出来た。

表５　連続顆粒化結果 （効果） 本発明によるシリカヒユームの顆粒化は、バインダーを
使用することなく、効率よく連続的に粒径の揃った顆粒
状シリカヒユームを得ることができた。

この結果シリカヒユームの嵩比重は０．１９〜０．２０
から安定して帆６〜０．７へと約３倍に増加し逆にその
比容権は３分の１に減少した。

この結果、輸送費の大幅な低減がはかられた。

又、シリカヒユームが顆粒状になったことで、取扱い時
に殆んど飛散することなしに、その流動性も著しく改善
され作業環境も相当向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は試験装置の概略図、第２図はシリカヒユームの
顆粒化時間と嵩比重との関係を各種顆粒化方式について
比較した図である。 特許出願人　日本重化学工業株式会社 代　理　人　弁理士　　村　　１）　政　　油量　　　
弁理士　　秦　　野　　拓　　也用許工、Ｌ 鳥０−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、含珪酸鉱石を電気炉により溶融製錬する際に発生す
   るシリカヒユームを水平回転翼を有する縦型容器内に装
   入しつつ、前記回転翼により撹拌することを特徴とする
   顆粒状シリカヒユームの製造方法。 ２、前記縦型容器の内径Ｄ、回転翼の直径ｄ、回転翼と
   容器底面との間隔れ、回転翼から装入されるシリカヒユ
   ームの上表面までの距離Ｈ、回転翼の回転数Ｒを下記に
   示す関係式（１）〜（４）を満足するようになすことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ０．５≦ｄ／Ｄ≦０．９５・・・（１） Ｒ＝ｋ・Ｄ／ｄ・・・（２） ただしｋ＝１８０〜２３０ ０．０５ｄ≦ｈ≦０．３ｄ・・・（３） ０．４ｄ≦Ｈ≦３．０ｄ・・・（４） ３、前記顆粒状シリカヒユームの粒子径は０．１〜２．
   ０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項あるいは第２項記載の方法。 ４、前記顆粒状シリカヒユームの嵩比重は０．５〜０．
   ７の範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜３項の何れかに記載の方法。 ５、縦型有底円筒状容器と前記容器内に配設され、かつ
   前記容器の軸心を中心として水平に旋回することのでき
   る水平回転翼とを有し、前記容器の内径をＤ、回転翼の
   直径をｄ、回転翼と容器底面との間隔をｈ、回転翼平面
   から容器上端部までの高さをＬとするとき、下記の関係
   式（１）〜（３）を満足するよう構成されてなる顆粒状
   シリカヒユームの製造装置。 ０．５≦ｄ／Ｄ≦０．９５・・・（１） ０．０５ｄ≦ｈ≦０．３ｄ・・・（２） ０．４ｄ＜Ｌ・・・（３）