JPS6181490A - 同時細分化および凝集による固体分離方法 - 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】 本発明は、細分化と凝集によって、固体をその疎液性構
成成分と親液性構成成分とに分離する技術に関する。

浄化または選別を目的として、親液性および疎液性の両
成分を、それら各成分へ分離したいことがよくある。　
こうした分離プロセスを最も煩雑に必要とするひとつの
場合は、石炭または石炭−水スラリーを選別し、その灰
含量を減じることにある。　選別した石炭スラリーは燃
料として使われ、発熱値の増大、低いイオウ含有量、摩
滅の減少、および灰の取扱いとボイラーの定格減少の最
少限化という利点を有する。

これまでに確立された石炭浄化方法には、洗浄、重媒体
分離、浮選、ざらには、もつと最新の「球状凝集法」が
ある。　この最後の方式は、カナダ全国研究協議会（Ｎ
ＲＣＣ＞により開発されたもので、たとえば１９８２年
２月９日イ寸でＣ：、　ａｐｅｓらに与えられたカナダ
特許第１，１１７，８０４号、名称「石炭の選別用直列
方法および同方法を用いたコール・イン・オイル燃焼撚
オタ１の形成」などの文献に記されている。　現在のと
ころ、この方法が、微細の石炭粒子を浄化し回収する最
良の方法と考えられている。

ＮＲＣＣ法を要約すれば、水媒体中の微細粉砕石炭を石
油または炭化水素媒体と接触さけ、次にこの混合物を強
く混合して石油を微細滴に細分化し、これらの微滴上に
疎水性の石炭粒子を凝集させる。親水性の灰成分は水中
に残される。　この工程後の、一定の明問おだやかに撹
拌し、白油を結合液体として作用させながら、石炭−石
油粒子をより大ぎな球状塊に成長させる。　次いでこれ
らの凝集塊が、フルイ選別によって水相から分離される
。　カナダ、ニューブルンズウィック州のチャタムで採
掘された高灰分（２０％）ミント（Ｍｉｎｔｏ）炭を用
いてＮＲＣＣ法を検討した結果、方法で灰を良好に分離
するためには、石炭をまず平均的１０μｍのサイズへ細
分化すなわち粉砕しなければならないことが示された。

　このため、撹拌媒体ミルの後にボールミルを用い、条
件に応じて灰を約１０％にまで減少させた。

従って、ＮＲＣＣ法を首尾よく動作させるのに必要な設
備には、一般的に、粗粉砕ミル、微粉砕ミル、強力な高
剪断系、低剪断混合タンク、および分離フルイか含まれ
る。　このためＮＲＣＣ法で高灰分石灰の細分化および
凝集を行なうには、多くの容器と多くの工程を必要とす
る。　さらに、粉砕は比較的効率の悪い作業でおる。　
つまりエネルギー消費か大きく、かなりのエネルギーか
ミルとその内部の物質を移動させるのに浪費されている
。　実際のサイズ減少には、そのエネルギーの一部だけ
でよい。

従って、たとえば混合、石炭−石油の接触および凝集の
各工程におけるエネルギーを利用し、上記粉砕エネルギ
ーの浪費を最小限化することが望ましい。　しかし、ボ
ールミルなどほとんどの従来の粉砕装置では、ミルを通
って移動しない粘性のペースト状凝集塊が形成されると
いう問題が生じる。

本発明者は、固体をその疎水性構成成分と親液性構成成
分とに分離することが望ましいプロセスにおいて、細分
化と凝集の両工程５を確動的輸送能力をもつミル内で行
なうことにより、これら両方の作業を組み合わせること
か可能なことを見出した。これら二つの作業の組み合わ
せは、分離プロセスに必要なエネルギーおよび設備を減
少させる。

この明細書の目的上、確動的輸送能力をもつミルとは、
次に記すように理解タペきで必る。　タなわち、凝集性
の混合物を輸送できるように可動のチャネルを有するミ
ルが、輸送能力をもつと称される。　また、混合物をミ
ルを通して流れの方向に輸送し、重力を助長するように
チャネルが配置されている場合、あるいは加圧送りを用
いずに、他の何らかの媒介物が混合物をミル内へ、およ
びそこから給油する場合に、その輸送が確動的と称され
る。

ミルは確動的な輸送能力を有するほか、高速の高剪断ミ
ルであることが好ましい。

−例として、好ましい高速、高剪断の確動的輸送ミルは
、ジェネラル・コミニュージョン社に１９７９年１２月
２５日付で与えられたカナダ特許、名称「凝集装置」に
記載されている。このミルは、当該分野で、スゼゴミル
（Ｓ　ｚｅｇｏ　　Ｍ　ｉ　Ｉ　ｌ　）として知られて
いる。

本発明の広い視点によれば、少くとも１成分か疎水性で
少くとも１成分が親液性の、２以上の成分を有する固体
を分離する方法か提供される。

本方法は、単一の工程として、成分が親液性で他の成分
が疎水性の第１液およびこの第１液と混合不能であって
疎水性成分を湿潤させる第２液中で固体の混合物を細分
化し、確動的輸送能力をもつミル内で疎水性成分と第２
液の凝集塊を形成する工程、およびその後凝集塊を混合
物から分離する工程から成る。　一般に、分離すべき固
体の成分は疎水性と親水性の両方で、従って使用する２
種の液体は、水と、たとえば炭化水素または石油等、水
と混合不能であって疎水成分と湿潤し凝集する液体から
成る。

本発明の別の視点によれば、灰を含む石炭を選別する方
法か提供される。　本方法は、単一の工程として、石炭
、水ｄ３よび石油の混合物を細分化し、灰と石炭の少く
とも一部を粒子の形状で分離するとともに、確動的輸送
能力をもつミル内で石炭粒子と石油の凝集塊を形成する
工程、およびその後凝集塊を混合物から分離する工程か
ら成る。

以下本発明を、添付の図面に示した例示としての実施例
を参照しながら、さらに詳しく説明する。

本発明の方法は、少くとも１種の疎液性成分と少くとも
１種の親液性成分とを有する鉱物または金属などの固体
を分離したい、どのような場合にも適用できる。　分離
に用いる液体およびプロセスの動作パラメータは、分離
すべき個々の固体の特性に応じて変化する。　ただし本
方法は、１成分が疎液性で他の成分が疎液性の第１液お
よびこの第１液と混合不能でおって疎液性成分を湿潤さ
せる第２液の中で固体を細分化することを含む。

通常使われる場合のように、各成分が親水性と疎水性で
あるならば、第１液は水でおり、第２液は石油などの水
と混合不能な炭化水素でおることが好ましい。

以下、　本方法を石炭）π別という好ましい実施例に従
って説明するが、本発明はこれに限定されるわけではな
い。

本方法が第１図に図式的に示しである。　粒状の灰を含
む石炭が、水および石炭と一緒に確動的輸送能力をミル
内に送り込まれる。　ミル内でこの混合物が細分化され
、粒状の灰成分を水相に解離するとともに、石油を含む
石炭の凝集塊を形成する。　次いで凝集塊を含む混合物
がミルから取り出され、；疑果塊が適当なメツシュのフ
ルイで分　　。

離されて、灰−水の流れと石炭−石油凝集塊製品を生ず
る。

確動的輸送能力をもつ例示のミルが、第２図、第３図に
示しである。　このミルは当該分野でスゼゴミルとして
知られているので、簡単に説明する。　ミル１０は、内
側の静止円筒状粉砕面１４を形成するハウジング１２か
ら成る。　回転組体１６がハウジング１２内に位置し、
モータ（図示してない）によって回転駆動される中心シ
ャフト１８を有する。　中心シＶ７１へ１８には、上下
駆動プレー２２Ａ、２２Ｂがそれぞれキー止めされてい
る。　両駆動プレート２２Ａ、２２Ｂ間には、３個のラ
セン状溝付ローラ２４が垂直方向に取付けられている。

　各ローラ２４はシャフト１８に　　−平行な軸を中心
に、プレート２２Ａ、２２Ｂに対して自由に回転する。

　このため、ローラ２４はプレート２２Ａ、２２Ｂへ回
転可能に接続された垂直シャフト２６へ、粉砕面に対し
てフレキシブルに移動でき半径方向の可動性を生ずるよ
うに垂下されている。

シャフト１８とプレート２２Ａ、２２Ｂが回転すると、
各ローラ２４は粉砕面１４に沿って転動する。フレキシ
ブルな接続により、回転の遠心力の結果ローラ２４が粉
砕面１４に対して押圧される。

動作時、細分化および凝集すべき固体と液体、ここでは
石炭、石油および水が、重量の作用で、送りシリング−
（図示していない）から駆動プレート２２Ａを通りミル
１０の旧都に給送される。

この混合物はプレー１〜２２Δと粉砕面１４の間の環状
ギャップ２８内に落下し、ミルを通過しながら粉砕面１
４に対するローラ２４の転勤によって細分化され、固体
が細分化されミルを通って下方に輸送されるにつれ凝集
塊を形成し、そして底部プレート２２Ｂと粉砕面１４の
間のギャップ（図示せず）を通じ、ミルから放出される
。

ミル１０は、それぞれのローラ２４にラセン状溝３０が
形成されていることにより、本発明でいう確動的輸送能
力を有する。　つまり、ラセン状溝の作用が粉砕粒子を
ミル内で下方に移動させ、従って混合物をミルを通して
移動させる。

従って確動的輸送能力が、滞留時間すなわちミル内で達
成される細分化と凝集の度合を制御する手段を与える。

　最も単数なことは、確動的輸送能力がミルの詰まりを
生じずにミル内で凝集塊を形成することで、このような
詰まりは同じ作業を撹拌媒体ミルで行なおうとすると生
じやすい、ものでおった。

ミル１０はざらに、灰の分離を改善する点でも有利なこ
とがわかった。　ミルの転勤動作は一般に、球状粒子よ
り薄片状粒子を形成する。　球状粒子は、ボールミルお
よび（または）撹拌媒体ミル内での粉砕を含む従来のＮ
ＲＣＣ法から一般に生する。　灰の分離は、細分化粒子
の露出表面積に依存する。　従って、薄片の厚さの方が
薄片の直径より通常の計測パラメータとしての小数なた
め、薄片状粒子による方が灰の分離が改善される。

換言すれば、良好な灰の分離と除去をｊｑるためには、
ボールミルでと同じように細かく確動的輸送ミルで粉砕
°りる必要はない。

本方法で用いる炭化水素または石油は、水と混合不能で
、疎水性の石炭粒子を湿潤さける。　炭化水素または石
油の選択は、使用石炭の種類、適切な液の入手可能性、
および、もちろんプロセスに所望される効率と経済性に
依存する。　好ましい液には、軽油、たとえばＮα２燃
料油、ディーゼル油、軽薄留分、灯油、コークス炉軽油
、軽重油、および残留・廃油が含まれる。

本方法で用いられる石油と水の量は、供給原料の種類、
５炭の種類、プロセスの目的、およびプロセスに所望さ
れる経済性と効率によって変る。

しかしいずれにせよ、凝集塊を形成するのに充分な石油
と水とを用いなければならない。

本明細書での目的上、水、石油Ｊ３よび石炭含有量の値
は、別に定めない限り、全混合物に対する重量値とする
。

本方法が灰を含む石炭の選別に使われる場合、プロセス
のパラメータはプロセスの目的によって変化する。　た
とえば、比較的ドライな凝集塊を生成させたいときは、
一般に約５〜１０％の範囲の高い比率で石油を使うのか
好ましい。　また、コストを最少限としたいなら、たと
えば約３〜５％の、もっと少い量の石油を用いる。　使
用する水の量は少くとも約４０％、好ましくは約４５〜
５５％である。　石炭の種類と細分の程度に応じ、約３
５〜４０％以下の水でも、厚いペースト状の混合物をミ
ル内で形成できる。　但しこのような混合物では、連続
した水相におりる凝集が容易に識別し得ない。　従って
本方法は、上記レベル以上の水含有量で実行するのか好
ましい。　石炭が非常′に細かく細分化されていると、
もっと多くの水が必要である。

上記のほか、分離すぺさ供給原料は石炭の廃石池から回
収される流れとしてもよい。　石炭が長年廃石油上に置
かれていると、石炭の表面が酸化され、新しい′ｃＪ炭
の表面よりもっと親水性となる。

本方法の細分化工程では、前述のように、ミル内で凝集
される新しい石炭表面を同−ｍの石油と水に露出させる
。

分離すべき供給原料は、たとえば通常石炭調整工場から
廃石池へポンプ吸引される石炭の廃石流等、非常に薄い
石炭・−水スラリーてもよい。　このような廃石流は一
般に、約９０％の水と１０％の石炭から成る。　この希
釈供給原お１を本方法に従って処理するときは、０．０
５のの石炭／石油比を与えるのに必要な、ｒ７２より多
い約１〜２重Φ％の石油を加えれば、凝集塊を形成する
のに充分でおる。

ミルから放出された混合物は、大部分の凝集塊を保持す
るメッシコサイズをしったフルイで分Ｎ１される。　自
由な水と灰を取除いた後、別の容器に凝集塊を入れて新
鮮な水で撹拌し、灰をざらに分離させるのが好ましい。

　こうして１７だ最終？捏合物が別のフルイに通され、
灰が顕若に減少された凝集塊を生じる。

可燃性材料を製造するには、凝集塊を洗浄剤または表面
活性何て処理し、当業界で周知のように均質な石炭−石
油一水スラリーをｊｑる。　このスラリー燃料製品の燃
焼時における二酸化イオウの放出を減少させるため、燃
料の調製中に粒状の石灰を加えてもよい。　この場合に
は、最終的な燃料調製の工程が第二のスビゴミル内で行
われ、凝集塊、洗浄添加剤および粒状石灰がミルに通さ
れる。

本方法の動作性、効率および好ましい動作パラメータを
実証するものとして、以下の実施例を示す。

実施例　■ 本方法の粉砕（細分化）効率ａ３よび固体含有量が本方
法に及ぼす影響を実証するため、多数の白次リーンプル
を２相の石炭−水スラリーと３　＋１の石炭−石油−水
スラリーの状態で確動的輸送ミルに通した。　手順（Ｊ
次のとありである。

長さ３０ｃｍの微細溝付ローラを備えた直径２２ｃｍの
スＵゴミルを用いた。　このミルか一定の回転速度８０
０　ｒ＋）ｍで運転された。　石炭は、カナダ、ニュー
ブルンズウィック州産のミント（ＭｉｎｔＯ）炭を用い
た。　５炭は硬質で、ハードグローブ（１−１ａｒｄｇ
ｒｏｖｅ）指数６５であった。　この石炭は約２６％の
微細分散灰（約１０μ瓦のりイズで解離と報告されてい
る）を含／υでいた。　供給石炭はまず、約４　ｍｍの
大きざに破砕された。　石油としてはＮα２燃１１油を
用いた。　５Ｋｇの石炭が、乾燥基準２７０Ｉ（ｙ　、
−’　ｈ　ｒの送り速度でミルに供給された。　石油１
５炭比と水１５炭比とは、それぞれ０．１〜０．３６の
間ａ５よび０．５〜１．７の間で変化した。

ミルから放出された製品が集められ、計量され、分析さ
れた。　フルイ分析は、６３μ尻より大きい範囲の粒子
サイズに対して用いられた。　サンプル製品はウアーソ
ル（ＶａｒＳＯｌ）　、ついて洗浄剤と水で洗浄された
。　上記より小さい粒子についは、６０　μ７ｎセンリ
ーをｉＪｎえた「ｌ−１１ＡＣｊ　（Ｕ録商標）タイプ
ＰＣ３２０を用いた。

灰の分析は、ＡＳＴＭ　　Ｄ　　２７６０法に従った。

　約１３の乾燥凝集塊をルツボ内に入れた。

温度は最初の１時間５００　’Ｃとし、ざらに少くとも
追加の１時間の間７５０’Ｃへ上昇させた。

２相と３相破砕の粒度分イ５が、第４図に比較しである
。　石炭が５０％および５５％での粉砕効率はどちらも
３相粉砕において改善されたこと、つまりより微細な製
品が得られたことに注目されたい。　性能改善の理由は
凝集塊内にあける高い局部的な固体濃度およびそれにも
とづくきわめて高い粘性におると考えられるが、これに
限られるものではない。　つまり、ミルの破砕作用が変
化しない一方、剪断と凝集塊内にお【プる粒子−粒子間
摩擦によって大量の微細粉砕が生じている。

ミル内の固体含有量を関数とした製品の平均粒度分布を
、第５図に示す。　２相の固体粉砕では、固体金イｉへ
５が低いと粉砕効率か減少しているのに対し、影響は３
相粉砕′Ｃ大幅に減少していることに注目されたい。　
これｔＪ、凝集塊自体がミル内Ｃ粉砕作用下に買かれた
しのと考えられるか、これに限られるものではない。　
凝集塊は一般に粘性で、それらの移動は禁じられている
と見られる。

この結果、水はより速くミルを通過するが、凝集塊のミ
ル内における滞留時間は増加する。

石炭の選別では、次の理由から微細な製品はど望ましい
。　第一に、微細な製品はど灰の分離が良好になる。　
第二に、粒子にあける新鮮な疎水性表面積を増加さヒる
ほど、良好な凝集が速成される。

実施例　■ 水／石炭比か本方法に及ぼす影響を実証するため、例工
の手順を約０．１２と０．２０の石油／石炭比で繰返し
、水／′５炭化を約０．４〜１．７の範囲で変化さけた
（数値はずぺて全混合物に対する重量）。　これらの結
果を、水／石炭比を関数とした灰の減少率として、第６
図および第７図に示す。　円と３角形は、異なった時点
で累積されたデータをあられす。

両方の石油１５炭比率におりる好ましい水含有量は、全
混合の約４５〜５０ｆｆｉ量％であったことに注目され
たい。　　（約４０％以下の）低い水含有量および（約
６０％以上の）高い水含有量では、プロセスの効率が低
下する。

実施例　■ 石油／ＵＪ炭比が本方法に及ぼ勺影響を実証するため、
例工の手順を１．０の水／石炭比で繰返し、石油／石炭
比を約０．１〜０．４の範囲で変化させた。　この結果
を、石油／石炭比を関数とした灰の減少率として第８図
に示す。　各点を通る曲線は、別の交差点および石油の
量かぎ口に近づくにつれ、灰レベルは供給原料の値に近
づくという事実に一部依拠して描いた。

多量の石油が凝集塊から水をより駆除することは知られ
ているが、灰の除去には多辺の石油を用いてもわずかし
か奇与しないことに注目されたい。

コストを減じるには、石油の使用最小限にすることかて
きる。　０．１　（５％）の石油／石炭比か適切と児な
されるが、それにより低い値（約３％）でもｉ疑集を生
じるのには０効でおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＮＲＣＣ石炭選別方法と本発明の同時
細分化および凝集方法を示す概略フロー図である。 第２図、確動輸送能力をもつミルの平断面図である。 第３図は、第２図のミルの部分斜視図でおる。 第４〜８図は、いくかのパラメータが本発明の方法に及
ぼす影響を示すグラフであって、第４図は２相の石炭−
水粉砕と３気相の石炭−ホー石油粉砕との粒度減少を比
較するグラフであり、 第５図は２相の石炭−水と３相の石炭−ホー石油中で、
固体含有量の比率を変えながら粉砕したときの粒度減少
を比較するグラフでおり、第６図および第７図は、それ
ぞれ０．１２および０．２０の石油／石炭比において、
石炭／水の変化が灰の減少率に及ぼす影響を示すグラフ
である。 第８図は１．０の水／Ｕｉ炭化で、石炭／′ｃｉ油比の
変化が灰の減少率に及ぼり一影響を示すグラフである。 コＯ・・・ミル 特許出願人　ザ　ユニバーシティ　オブトロント　イノ
ベーションズ ファウンデーション 代理人　　　弁理士　　　須　賀　総　夫２爬 ＦＩＧ、　３ 水／る享シし ）ｒ／、；ｈ夏ｃし ；ｃ＝Ｉ１３／、ｉｇ比

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. （１）少くとも１成分が疎液性（少くとも１成分が親液
   性の２以上の成分を有する固体を分離する方法であって
   、 単一の工程として、１の成分が親液性で他の成分が疎液
   性の第１液およびこの第１液と混合不能であって疎液性
   成分を湿潤させる第２液中で固体の混合物を細分化し、
   確動的輸送能力をもつミル内で疎液性成分と第２液の凝
   集塊を形成する工程、および その後上記凝集塊を混合物から分離する工程、からなる
   方法。
2. （２）少くとも１成分が疎液性で少くとも１成分が親水
   性の２以上の成分を有する固体を分離する方法であって
   、 単一の工程として、水および水と混合不能であって疎液
   性成分を湿潤させる液中で固体の混合物を細分化し、確
   動的輸送能力をもつミル内で疎液性成分と上記混合不能
   液の凝集塊を形成する工程、および その後上記凝集塊を混合物から分離する工程、から成る
   方法。
3. （３）前記細分化と凝集が高速、高剪断ミル内で行われ
   る特許請求の範囲第１項の方法。
4. （４）前記細分化と凝集が高速、高剪断ミル内で行われ
   る特許請求の範囲第２項の方法。
5. （５）前記固体が石炭成分と灰成分を含む石炭である特
   許請求の範囲第２項の方法。
6. （６）前記固体が石炭成分と灰成分を含む石炭である特
   許請求の範囲第４項の方法。
7. （７）凝集を生じるに充分な量の水が含まれた特許請求
   の範囲第６項の方法。
8. （８）全混合物に対し少くとも約４０重量％の量の水が
   含まれた特許請求の範囲第７項の方法。
9. （９）前記混合不能液か炭化水素である特許請求の範囲
   第６項の方法。
10. （１０）前記混合不能液が石油で、凝集を生じるに充分
    な量で含まれた特許請求の範囲第８項の方法。
11. （１１）石油が全混合物に対し少くとも約３重量％の量
    で含まれた特許請求の範囲第１０項の方法。
12. （１２）石油が約０．０５の石炭／石油比を与えるのに
    必要な量より多い量で含まれた特許請求の範囲第１０項
    の方法。
13. （１３）石油が全混合物に対し約１０％以下の量で含ま
    れた特許請求の範囲第１１項の方法。
14. （１４）水が少くとも約４５重量％の量で含まれ、石油
    が少くとも約５重量％の量で含まれた特許請求の範囲第
    １０項の方法。
15. （１５）前記細分と凝集がスゼゴミル内で行われる特許
    請求の範囲第１または２項の方法。
16. （１６）前記細分と凝集がスゼゴミル内で行われる特許
    請求の範囲第６、７または８項の方法。
17. （１７）前記細分と凝集がスゼゴミル内で行われる特許
    請求の範囲第９、１０または１４項の方法。
18. （１８）灰を含む石炭を選別する方法であって、単一の
    工程として、石炭、水および石油の混合物を細分化し、
    灰と石炭の少くとも一部を粒子の形状で解離するととも
    に、確動的輸送能力をもつミル内で石炭粒子と石油の凝
    集塊を形成する工程、および その後上記凝集塊を混合物から分離する工程、から成る
    方法。
19. （１９）前記細分化と凝集が高速、高剪断ミル内で行わ
    れる特許請求の範囲第１８項の方法。
20. （２０）凝集を生じるに充分な量の水が含まれた特許請
    求の範囲第１８項の方法。
21. （２１）全混合物に対し少くとも約４０重量％の量の水
    が含まれた特許請求の範囲第１８項の方法。
22. （２２）凝集を生じるに充分な量の石油が含まれた特許
    請求の範囲第１８項の方法。
23. （２３）石油が全混合物に対し少くとも約３重量％の量
    で含まれた特許請求の範囲第２１項の方法。
24. （２４）水が全混合物に対し少くとも約４５重量％の量
    で含まれ、石油が全混合物に対し少くとも約５％の量で
    含まれた特許請求の範囲第１９項の方法。
25. （２５）前記細分と凝集がスゼゴミル内で行われる特許
    請求の範囲第１８または２４項の方法。