JPS6134614B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は液体中の固体粒子の沈降特性を測定
する装置に関し、とくに所与のメツシユサイズを
通過する固体粒子の重量フラクシヨンを決め、ま
たは沈降データから固体粒子の比重を測定するた
めの装置に関する。

固体粒子の沈降特性を測定する装置は1975年７
月29日に発行された米国特許第3896660号に開示
されている。その装置は沈降管の中に設置された
垂直に隔置された複数の圧力センサーを用いてい
る。それらの垂直に隔置された圧力センサーは沈
降管の中に含まれた液体中の固体粒子の懸濁によ
つて圧力センサーに加えられた静圧を検出するた
めのトランスデユーサに接続されている。しか
し、上記の装置は単一の沈降管を用いており且つ
懸濁液中の固体粒子によつて生じる絶対圧力を検
出するようになつている。そのような装置の感度
は沈降管の中の液体柱の重さも測定されるので低
く、且つ有用なデータを得るには圧力トランスデ
ユーサの読みからその液体中の重量を引かねばな
らない。さらに上記装置は固体粒子を加えられた
水が示度に影響する理由で乾燥した固体粒子の沈
降特性を測定だけが可能である。上記特許に開示
された装置はまた、センサーとトランスデユーサ
との間の圧力伝達媒体として液体を用い且つ固体
がトランスデユーサに付着するのを防止するため
フイルターデイスクが用いられている。フイルタ
ーデイスクは詰まることがあり且つ装置を使用で
きないものにする。

それ故、本発明の目的は前記沈降装置の欠点が
ない沈降装置を提供することである。

本発明による装置は測定すべき固体粒子の密度
より小な密度の液体を同じレベルまで充填される
ようになつている二つの独立の垂直ハウジング
と、被測固体粒子のサンプルを前記ハウジングの
一つに導入するための装置と、各ハウジングに同
じ高さで取付けられた二つの圧力センサーと、前
記ハウジングの一つに導入されたサンプルによつ
て生じる圧力差を感知するため前記圧力センサー
に接続された差圧トランスデユーサとを含むもの
である。

差圧トランスデユーサは時間の関数として懸濁
液中に残存するサンプルの重量パーセントを示す
値を出力し、この出力は所定メツシユサイズを通
過する固体粒子の重量フラクシヨンや既知の乾燥
重量の粒子材料の比重を決定するのに使われる。

次に添付図面に示された好適な実施例に関連し
て本発明について例示する。第１図〜第３図にお
いては、二つの垂直なハウジング１０と１２を含
む沈降装置の実施例が示され、それらのハウジン
グはそれぞれ下部に長方形断面の部分１４および
１６を有する管形状となつている。上記の実施例
では二つのハウジングはプレキシグラス（メチル
アクリレートプラスチツクの商標）のようなプラ
スチツク材で作られている。もちろん、それらの
ハウジングは金属または他の適当な材料で作るこ
ともできる。ハウジングは床の上に置かれるかま
たは壁に取付けられて通常の方法で垂直に保持さ
れる。またハウジングはスペーサ１８および２０
によつて互に隔置されている。頂部スペーサ２０
の上部は中空であり且つハウジング１０と１２の
間の水ブリツジとして作用する。ハウジング１０
を基準管とし、ハウジング１２は沈降管をとする
かまたはその逆としても良く、それらのハウジン
グはまず基準液によつて充填される。ほとんどの
用途において、特に微細にした鉱石についての測
定に使用される場合に、ハウジング１０と１２お
よび接続ブリツジ２０を充填するのに用いられる
好適な液体は水である。しかし測定すべき固体の
密度より小さい密度の適当な液体が使用されるも
のである。ハウジングの頂部には両方のハウジン
グの液面を等しくするためブリツジ２０内に孔２
２が設けられている。ブリツジ２０内には仕切２
４が設けられ、この仕切によつて特にサンプルが
沈降管に導入されるときに、ハウジング間の液体
の運動を減衰させる。ブリツジおよびハウジング
内の液面を平衡させるため孔２５が仕切に設けら
れている。ハウジング１０と１２の底部に設けら
れた入口２６を通して液体を充填するのが有利で
あり水面はブリツジ２０を貫通する溢流パイプ２
８を介して維持される。ハウジングの高さ、形
状、断面は変化可能であり、その用途によつて変
更しうるものである。

粒子材料はパイプ３０、じようご３２および溢
流パイプ２８に接続されたドレーンパイプ３４を
通して連続的に循環される水の中に、通常、懸濁
している。じようご３２は沈降ハウジング１２の
一端にかぶさるようになつている孔を有し、且つ
管３０は矢印Ａの方向に移動可能であり、それが
左側に在るときは直接固体粒子を含むスラリーを
沈降ハウジング１２に送入され、それが右側に在
るときはスラリーを循環させるためにじようご３
２の出口を通過させるように指向する。

被測定サンプルがハウジング１０および基準と
して使用されるハウジング１２の中に等しく導入
することができるように、同じようなじようご３
２がハウジング１０の端部上に設置され且つ溢流
パイプ２８に接続されている。

インサート３６がブリツジの液面以下にスラリ
ーを送るためハウジング１０および／またはハウ
ジング１２の上端に設置され、それによつて固体
粒子がブリツジ中に付着するのを防ぎ、そしてイ
ンサート３６はできるだけ孔２２および孔２５を
ふさぐようになつている。インサート３６の下端
には第３図に一層明瞭に示すようにスロツト３８
を有し、スラリーのうち水だけがブリツジの中に
上昇して入るのを可能にしこれによつて両方のハ
ウジングを平衡レベルにさせる。

スラリーの中の固体材料が測定装置内で過度に
乱れを生じさせるのを防ぐため、スラリーが導入
されるハウジングの端部の上に飛散防止装置を設
けることができる。その装置は内方に折曲げられ
た端縁４２を有するじようご４０と、第２図に矢
印Ｂで示すようにスラリーをジグザグに下降する
ように、じようごの内側に固定された逆円錐装置
４４とを有する。

各ハウジングの底部近くに、圧力センサー４６
が設置されている。圧力センサーは各ハウジング
中の水柱の頂部とそれぞれの圧力センサーとの間
の垂直距離が同一になるように同じ高さに取付け
られている。任意のタイプの圧力センサーを用い
ることができるが、好適な装置は各ハウジングの
下端の平らな部分に一体に取付けられ、またはハ
ウジング内に独立に取付けられた適当な可撓性の
ダイアフラムである。圧力センサーは管５０によ
り差圧トランスデユーサ４８に接続されている。
表示、記録またはデータ処理に適した電気的出力
を得るのに適した市販のトランスデユーサを用い
ることができる。各ハウジングの底部は“Ｖ”字
型であり、さらに底部に試験後に貯つた固体材料
をフラツシユするためドレン５２が備えられてい
る。各ハウジングの底部はまた若干傾斜してお
り、試験が終つたときに入口２６よりハウジング
をフラツシユするのを容易にしている。

上記装置は次のように作動する。沈降ハウジン
グ１２の中に固体粒子のサンプルを加える前にセ
ンサー４６間の差圧をゼロとする。乾燥した粉末
または湿つた粉末もしくはスラリーとしてサンプ
ルを沈降ハウジング１２の液体の中に導入する
と、差圧は液体中における固体の見かけ上の重量
に比例した値に上昇し、その値は順次、次式で示
すように、空気中におけるサンプルの乾燥重量に
比例する。

Ｒ＝Ｋ・Ｗ（Ｓ_Ｓ−Ｓ_Ｌ）／Ｓ_Ｓ (1) Ｒ＝K′・Ｗ ただし、Ｒ＝差圧の示度、K.K′＝定数、Ｗ＝
乾燥した固体サンプルの重量、Ｓ_S＝固体の比
重、Ｓ_L＝液体の比重（水では、Ｓ_S＞１） 固体を加えられおよび／または固体によつて入
れ変つた水の容積はブリツジ２０によつて二つの
ハウジング間に等しく分配される、よつて差圧に
は影響しない。沈降粒子が下降して圧力センサー
を通過するまでは初めの示度が残存し、圧力セン
サーを通過すると差圧は減少し始める。全ての粒
子がセンサーを通過して沈降するのに充分な時間
が経過すれば、差圧はゼロにもどる。しかしなが
ら本発明による装置で充分な示度が得られるため
圧力センサー４６を通過する粒子の予め決められ
た重量フラクシヨン（初期差圧のパーセントとし
て表わされる）と考慮した充分な時間が必要であ
る。

第４図はスクリーン解析によつて予め決められ
た沈降曲線（較正曲線と明記されている）であつ
て、次のサイズ分布を有するサンプルから得られ
たものを示す。

86.9％−100メツシユ 69.9％−200メツシユ 53.1％−325メツシユ 47.0％−400メツシユ 上記の沈降曲線は特性曲線の頂部が初期差圧の
100％に相当するように標準化されている。この
沈降曲線は上記の各重量フラクシヨンを沈降する
ための時間t1，t2，t3，t4を見出すことにより、
本発明による装置を較正するために用いられる。
このような時間は同じ比重の未知のサイズ分布の
サンプルに関し相応のメツシユサイズを通過する
重量パーセントの決定に用いられる。例えば、第
４図に示すように、較正曲線の−100メツシユサ
イズの分布の沈降のため時間t1が0.7分とすれば
相応の0.7分の時間は未知のサイズ分布のサンプ
ルの沈降曲線（測定された沈降曲線と明記されて
いる）について読まれ且つこのことは−100メツ
シユより小さい約90.8％の相応のメツシユサイズ
の分布を与える。時間t2，t3，t4に対する対応の
示度は未知のサイズ分布のサンプルのサイズ分布
に対し、約78.8重量パーセント−200メツシユ、
66.0重量パーセント−325メツシユ、59.5重量パ
ーセント−400メツシユとなる。上記の示度は第
１図に示すような上記時間間隔t1，t2，t3，t4で
作動するタイマー５６の制御のもとで適当な表示
装置５４によつて自動的に表示されることができ
る。

第５図は濃縮器において1/2時間ごとにとつた
一連のスラリーの18のパルプサンプルに対しスク
リーニングにより得られたものと本発明による装
置から得られたもののサイズ分布（100，200，
325および400メツシユを通過する重量フラクシヨ
ン）の比較を示す。示度は±２−３の重量％の範
囲内で一致する。装置は19の試料から得られた平
均のデータを用いて較正された。

沈降曲線の他の特性は装置を較正するための相
関パラメータとして用いることもできる。例えば
第６図を参照して、270メツシユで異なる重量％
有する既知のサイズ分布の各種サンプルの沈降曲
線は本発明による装置を用いることによつて得ら
れた。これらの曲線からサンプル中の270メツシ
ユ材料の重量％と、差圧がその最初の値の40％
（即ち懸濁液中に残る試料の40重量％）まで減少
するのに要する時間との間の関係が第６図に示す
ように40重量％のレベルにおける直線をたどるこ
とによつて得られる。得られた値は第７図にプロ
ツトされ且つ時間間隔は重量フラクシヨン−270
メツシユに直線的に関連していることがわかる。
この関係は初めの差圧の40％に下降するのに要す
る時間をチエツクし且つ対応の重量パーセントを
読むことによつて、同じ比重を有するサンプルの
−270メツシユの重量％の決定に用いられる。例
えば、もし未知のサイズ分布のサンプルが初めの
差圧の40％に下ずのに５分間を要したとすれば、
そのサンプルの重量％−270メツシユは約63％で
ある。その他同様の相関特性は同じサンプルの他
の既知のサイズ分布から得ることができ且つその
ように特性は装置の較正に使用される。本発明に
よる装置によつて得られる沈降曲線の他の特性
は、たとえば或る点における曲線の積分または微
分のような相関パラメータとしても用いることが
できる。

粒子は上記のようにセンサーを通過して下降す
るようにする代りに、圧力センサーの上に設置さ
れた固定のプラツトフオーム上に沈降することに
よつてこの測定系から除去することができる。し
かしながら、前者の場合は装置が一連のサンプル
のサイズ分布を自動的に測定するのに使用された
ときに沈降した材料は装置から迅速にフラツシユ
することができる。

本発明の装置はまた、上記(1)式を考慮すること
によつて示されるように、固体粒子の比重を測定
するのに用いることもできる。従つて、サンプル
の乾燥した重量が一定であれば、水中を沈降する
固体に関し次の式を得ることができる。

Ｓ_S＝１／１−Ｋ″Ｒ (3) ただし、K″は定数であり、他の記号は前と同
じである。

本発明の装置は自動的にサンプルの初期重量の
測定値を与える、すなわち懸濁液の中に残る重量
％または或る時間に沈降によつて取除かれた重量
％はその他の測定をする必要もなく、容易に計算
することができる。さらにサンプルの絶対重量は
重要ではなく且つ明確に知る必要はない。沈降測
定を行なうこの新規な方法を実施するのに用いら
れるこの装置の利点は可動部分または機械的なリ
ンクが存在しないことである。さらに、装置は半
連続的な作業に迅速に適合し、それによつてパル
プサンプルは数分間の間隔で迅速な変化をしなが
ら自動的に処理され得る。

本発明は好適な実施例に関し開示してきたが、
そのような実施例には種々の変更が可能であるこ
とおよび本発明は好適な実施例に限定されるもの
ではないことを理解すべきである。例えば、両方
のハウジング内の同じ高さにおかれたドレーン孔
のように、二つのハウジング１０と１２の中の水
位を同じ高さに維持するため、ブリツジ２０以外
の他の装置を用いることもできる。特許請求の範
囲内に入る他の選択もまた考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による沈降装置の一実施例を示
す図、第２図はその装置の垂直なハウジングの一
つの頂部の拡大図、第３図は第１図の線３−３に
沿つて取つた断面図、第４図は未知のサイズ分布
のサンプルのサイズ分布を決めるための相関パラ
メータとして用いられる既知のサイズ分布のサン
プルの沈降曲線を示す図、第５図は半時間の間隔
で取られたスラリーの一連のサンプルに関し、ス
クリーニングによるものと本発明の装置から得ら
れたもののサイズ分布間の比較を示す。第６図は
サンプルを沈降装置の中に導入した後の種々の時
間における懸濁液中に残る種々のサンプルの重量
パーセントを示す図、そして第７図は以前のスク
リーン解析によつて決められたような、所与のサ
イズ分布の試料の重量パーセントと、差圧がその
初めの値の40％に減少するのに要する時間との間
の直線関係を示す図である。 図中、１０，１２……ハウジング、２６……サ
ンプルの入口、４６……圧力センサー、４８……
差圧トランスデユーサ、５４……表示装置、５６
……タイマー、２０……ブリツジ、２２……ブリ
ツジ連通孔、２８……溢流パイプ、５２……出
口、３２……じようご、３０……管、３６……イ
ンサート、４０，４２，４４……飛散防止装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固体粒子の沈降特性を測定する装置におい
   て、測定すべき固体粒子より密度の小さい密度の
   液体を同じレベルまで充填されるようになつてい
   る二つの独立の垂直なハウジングと、 測定すべき固体粒子のサンプルを前記ハウジン
   グの一つの頂部に導入するための装置と、 各前記ハウジングの同じ高さに取付けられた二
   つの圧力センサーと、 前記ハウジングの一つに導入されたサンプルに
   よつて生じた圧力差を感知するため前記圧力セン
   サーに接続された差圧トランスデユーサーと、 前記差圧トランスデユーサの出力に接続された
   表示装置と、 予め決められた時間間隔で前記表示装置を付勢
   するため前記表示装置に接続されて時間の関数と
   して懸濁液中に残るサンプルの重量パーセントの
   指示出力を与えるタイマーと を含む固体粒子の沈降特性を測定する装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の測定装置にお
   いて、前記２つの独立の垂直なハウジング内の前
   記液体のレベルを互に同じレベルに保つ装置が前
   記垂直なハウジングをそれらの頂部近くにおいて
   互に接続するブリツジを含み、且つそれらのハウ
   ジングは前記ブリツジに連通する孔を有する、固
   体粒子の沈降特性を測定する装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の測定装置にお
   いて、前記２つのハウジングの間の液体運動を緩
   和させるための、開口を有する仕切板が前記ブリ
   ツジ中に設けられている固体粒子の沈降特性を測
   定する装置。 ４ 特許請求の範囲第２項に記載の測定装置にお
   いて、さらにそれらのハウジングを前記液体で充
   填するため各ハウジングの底部近傍に設けられた
   入口と、それら二つのハウジング内の液体を一定
   のレベルに維持するため前記ブリツジ内に設けら
   れた溢流部を含む、固体粒子の沈降特性を測定す
   る装置。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の測定装置にお
   いて、前記ハウジングの底部はＶ形で若干傾斜し
   ており、且つ底部に留つた固体を排出するための
   出口を備えている、固体粒子の沈降特性を測定す
   る装置。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載の測定装置にお
   いて、さらに前記ハウジングの頂部に固定されて
   固体粒子のサンプルを受けるようになつているじ
   ようごと、前記じようごの上に設置され、且つ前
   記ハウジングの真上の位置から可動であつて前記
   じようごの上ではあるが前記一つの位置からずれ
   た位置にサンプルを受けるようになつている管を
   含み、予め決められた間隔で間欠的にサンプリン
   グする際に固体粒子を含むスラリーの連続的な循
   環を可能にする、固体粒子の沈降特性を測定する
   装置。 ７ 特許請求の範囲第１項に記載の測定装置にお
   いて、さらに前記ハウジングの水面以下にスラリ
   ーを送るため前記一つのハウジングの上端に設置
   されたインサートを含む、固体粒子の沈降特性を
   測定する装置。 ８ 特許請求の範囲第１項に記載の測定装置にお
   いて、さらにスラリー中の固体材料が前記ハウジ
   ング内で過度に乱れるのを防ぐため前記一つのハ
   ウジングの頂部に設置された飛散防止装置を含
   む、固体粒子の沈降特性を測定する装置。