JPS63500852A - 固形材料の分離又は選別装置 - 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】 本発明は高純度の所定の固形材料の選別又は分離のための装置に関するものであ る。

固体材料の細かな選別のために、サイクロン（Ｃｙｃｌｏｎｅ）、水力と分散器 の選別機、渦巻き空気分離機、及び遠心分離機、等が用いられている。

サイクロン中で起こっている流体の数理的定義はこれまで不成功である。

サイクロン中にただ１つある流管の内部での粒子（ブレーン）に加えられる揚力 及び抽出力は、サイクロン中で一定でなく、したがって、これら力は鋭敏な選別 にとって適切でない。更に、サイクロンの形状のために、流管が全水平及び垂直 横断面に沿った全断面をいっばいにしなく、従って妨げになる対流が発現し、さ らにまた選別能力を劣化する、という阻害作用がある。

その結果、サイクロンは、選別のかわりに主としてごみの分離又はスラッジ（ｓ ｌｕｄｇｅ）を濃厚にするために用いられる。

しかしながら、サイクロンは、中心方向への抽出力の規則正しい一定増大が流れ 線の動きで保証されないので、ごみの分離についてすら完全に機能しない。

ドイツ特許第２５６３３６０号明細書によれば、サイクロンがガス状媒体の固形 粒子分離のための空気のイ速に用いられていドイツ特許第２９４．２０９９号明 細書では、砂分留に用いられる水サイクロンの出口での選別調節ノズルが選別を 改善するために楕円にされて用いられている。

ごみ分離に用いられるサイクロンの場合（ドイツ特許第２８２６８０８号参照） には、ごみ管とごみ空気混合体の排気のための貯蔵タンクとの間で、分離室の底 部に幾つかの孔が配置されている。

水力と分散器の選別機では、管又はタンク内に上方に向がう一定速度の層流があ り、そこでは所定限度以上の落下速度の粒子（ブレーン）のみが重力作用の下で 落下出来、容器の底から放出機構によって取除かれる。細かな粒子は流れている 媒体と異に容器の越流ヘリから出る。

水力選別機の場合には、媒体は１つ又は随伴的な幾つかの外部のポンプで容器に 圧入される。

ガス状媒体で作用する装置では、空気還流を引起こす羽根車が選別機内の上方部 分に、通常は分散器と同一シャフト上に配置されており、その目的は上方への流 れ媒体内での処理物の均一な分散である。

該装置の欠点は、重力場に於て例えば２０μｍより小さな粒子に関しては大変遅 い落下速度が与えられる故に、比較的に粗大な粒子寸法範囲に於て、装置が作用 する点にある。選別の感度も又、層流が供給出来ないので、満足できない。

水圧装置では、小さな横断面を通って入る媒体は通常大変大きな断面に均一な比 率で分配されるはずであり、この事は解決出来ない問題である。しかるにガス状 媒体で作用する装置では、羽根車の回転が乱れを作り出す。水力選別機は不十分 な分類能力のために通常は鉱石予備処理に於ける補助手段として用いられ、同時 にこの型式の選別機は、例えば粉砕循環での中間選別の如き、鋭敏な選別の要求 されない分野でのみ用いられる。

遠心分離機の効率は悪い。即ち、遠心力では、抽出力は容器の外壁の方へ各粒子 に広がりを増大するために付与される。

従って遠心分離機（ドラム、ウオーム、ふるい組型ｅ　ｔｃ）はスラッジ濃厚化 又は脱水には非常に良いが、選別機としては効率が悪い。

選別は粒子の落下方向に対して垂直に遠心カドラム内に流れる媒体によってのみ 可能であり、そして越流までまだ沈澱されてない大変細かな粒子は液体と共に浮 かび上がる。この事は、しかしながら、比較的広い範囲で現出し、そして特殊な サイズだけに現出するのでない。

このような装置はドイツ特許第２５５６３８２号及び第２６４９３８２号各明細 書に記載されている。

渦流選別機は、現在量も鋭敏な選別機として知られている。

ドイツ特許第２６２９７４５号明細書は、流体の近似数理的モデルを開示してい る。流管の形状及び速度と加速率が同じ領域の揚力、抽出力の粒子に加えられる ものである。従って、この選別機は特定の粒子サイズでより良く、又はより悪く 分離する。

これの欠点は、流れ線の適切な動きが平坦円筒空間の選別室壁の速い回転でのみ 果される点に少しはあり、そして部分的には連続の法則のために空間の１側での み平坦面で制限される点が無視されることにある。この特徴を無視することで選 別の精度が減少される。

他方、機構的に静止した回転部材の存在が粒子サイズ範囲を制限し、その範囲内 で選別機が作用する。即ち、選別される粒子のサイズは、円周上の羽根角度と、 流管の形状を左右する室壁の回転速度との変化によって制御可能である。該機械 の出力は室壁及び共通シャフト上に据付けられた排出ファンで限定され、従って 排出空気量も又限定される。

前述の選別機の改良型として、羽根角度を変化することにかえて、放射状スロッ トを備えた中央回転部分の回転速度によって、渦の走行を制御するものがある。

両方の装置の主な欠点は、回転部分が堅固な粒子の作用で速く摩損する点にあり 、従ってこれら装置は、柔軟な材料の選別のためにのみ使用可能である。

本発明の目的は、非常に堅い原料の場合ですら、確実に作用し、且つ正確な選別 、又は分離が可能な装置を提供することである。

本発明によれば、固形原料の選別又は分離のために装置は、ベーンクラウン（ｖ ａｎｅ−ｃｒｏｗｎ）に加えて入口スタブ（ｉｎｌｅｔ　５ｔｕｂ）、細かな断 片出口スタブ、及び粗大な断片出口スタブとを備えたハウジングから成り、該入 口スタブは環状案内溝に接続され、該岡山ロスタブは同心、且つ垂直に配置され 、入口ベーンクラウンと出口ベーンクラウンが備えられ、分離又は選別室は、該 入口及び出口のベーンクラウン間に回転双曲面の外被体を有している。

本装置が選別のために用いられる場合には、羽根の表面とそのタンジェント（ｔ ａｎｇｅｎｔ）　との角度は次式で表わされる。

Ｃ；定数 選別室の高さは、その時は次式で表わされる。

ｒ６Ｊ”　＋ｃ２（Ｒ−ｒ）　ｒ　：選別室半径Ｒ二選別室の外側半径 ω：角速度 Ｃ：定数 本装置が分離のために用いられる場合には、羽根の表面とそのタンジェント間の 角度は、次式によって表わされる。

θ＝ｔｇ−’Ｒ−ｅ砒　Ｒ：分離室の外側半径ｅ：自然対数のベース ω；角速度 ｔ：時間 分離室の高さは、その時は次式で表わされる。

Ｒ：分離室の外側半径 ごみ混合物と接触する表面は、硬質材料で被覆されているか硬質材料製が好まし い。

ごみ混合物と接触する材質は、ひき回される粒子（粒！りと化学的に同一物、例 えば焼結コランダムである。

本発明は、鋭敏な選別は同じ強度の力が流管に沿った各粒子に適用されるべき条 件に依存する事、の認識に基いている。

この条件は、半径遠心力加速度ａ、、と半径速度成分ｖｒが一定である場合に満 たされる。

従って通路の公式は、次のとおりである。

この事から、Ｖ、　＝ｒ・であるから、ｒ・　＝一定で、・ｒ°＝０となる。若 し°ｒ°＝０なら、その時はａ、＝”ｒ”−ｒρ°２からｒψ゛２は一定である 。即ち、ψ°＝１７５・ｒは、しかしながらｔ　（時間）の線状作用、即ちｒ　 ＝　ｆ　（ｔ）で、ψ。

＝Ｃ（、／”丁’ｆｆ））、但しＣは定数、ｒとψは極座標。

他方、選別機内の材料は外部からのみ内部に向かって通過出来る。

従って、ｒ　、＝　Ｒωｔ　Ｒ：選別室の外側半径ω：角速度 ψ°の積分によって他の１対の公式が得られ：速度成分： ｖ、＝Ｆ＝−ω（一定）　■ψ＝ｒψ＝２ｃ、７”Ｆニｓｔ加速度成分： ａ、　＝’ｒ’　−ｒψ°ｚ＝　、ｚ（一定）入口の羽根角度と出口ベーンクラ ウンとを決定するタンジエストークス法則による分離される粒子サイズは、μ： 媒体の動的速度 Δρ：材料と媒体との密度差 通路に沿った速度も又寸法決定のために要求され：ω＝　ｖ、＋ｖ　ｐ＝　ω＋ ｃ　Ｒ−ωｔ　。

これから入口速度は： Ｗ、ｆｉ＝ｊω　＋ＣＲで、１＝０なら空気速度値と等しい。

出力を決定する装置内に入れられる媒体の量（Ｑｉ、）は、入口速度の積（Ｗｉ 、）と入口断面（Ｆｉ、、）とで表わせる。

Ｑ　ｉ　ｎ　＝　Ｗ　ｉ　ｎ　Ｆ　ｉ　ｎ　＝　Ｗ　ｉ　ｎ　２　Ｒｎ　ｍ　Ｏ ｍｏ　：入口羽根の高さ。

最後に、選別室の形状は、流体の連続状態から決定されることが必要であり：Ｗ Ｆ＝一定。

それから形状：　ＷｔｎＦ　＝ｎ＝Ｗ　ｒ　Ｆ　ｒここで正確な側面は、どのよ うな断面でも満たされる条件を表わしている。詳細は： これから先導する半径の作用に於ける選別室の高さは：平方根下位の表現の値は 約１に等しく、従って選別室の形状は回転双曲面である。

鋭敏な選別は、羽根間の媒体が同一幾何学的配置の流管内に移動する事により促 進され、従って同一速度がお互いに接触している流管の接触点で現われる。従っ て、サイクロンと対比してこの点で、流体は乱れず、この事は高い入口速度及び 処理能力を意味している。お互いに曲がり且つ巻いているサイクロンの流管内で は、速度が落ち、従って、流速は接触点で非常な相違がある、換言すれば流体は 邪魔される。

更にまた、本発明は、分離の場合では、媒体に対向する方向で粒子に適用される 抽出力が排出される“きれいな”媒体の方向に一定に増加されるように、流れが 流されるべきであるとの認識に基いている。

一定の半径方向加速ａ、に於て、半径方向速度ｖｒは出口に向かって減少するか 、又は半径方向速度は一定であり、そして遠心力加速度が増大する。この後者の 場合は最も好ましい。

最も単純な通路曲率は、以下の如く得られる。

Ｔの機能を取上げると、時間で単調に減少する値の式は、例えば、ｒ−Ｒｅ−ｔ ｔａであり、微分容易であり、そこで生ずる同様の増大している角度変位の式は 、例えばａ＝Ｒｅ’″ これは又微分容易である。

基本定理を提示しそしてそれらを微分すれば：ｒ　＝Ｒｅ−−，ｒ　＝−Ｒωｅ −−、”ｒ”　＝ωｗ”ｅ−−そして、ψ−Ｒｅｗｔ、ψ’　＝　Ｒ（１）　ｅ 　砒、’ψ’　−Ｒ（、ｌ　２ｅ　砒速度及び加速度の成分（ベクトル）が得ら れる。

Ｖｒ＝ｒ’＝−Ｒωｅ−砒　半径方向速度（換算時間）■ψ−ｒψ−−Ｒ２Ｏ軸 方向速度（時間で一定）ａ、　＝”ｒ’　−ｒψ２　＝　ＲωＺ（ｅ−Ｗｔ　Ｒ ２ｅＷｔ）半径方向加速度（時間で増加） 軸方向加速度（時間で一定） タンジェント（ｔａｎｇｅｎｔ）と半径方向ベクトル間の角度、即ちθ＝　ｔｇ −Ｉ　ＲｅＷｔ　（一定） 経路に沿った速度： Ｗ＝ｖ２．＋ｖ２ψ−Ｒ２ｅ−２ωｔ＋Ｒω＝Ｒωｆ７°匪：１７　（漸減する ） Ｗ、、＝Ｒωｆ丁：Ｙ１ 人口空気量：Ｑ、、＝（ψｏｍｏＲ）Ｒ０４丁：］Ｐ一連続状態から決定された 側面の高さ： Ｒ，ＱＩＥＴゴＰ−ｍｏ　Ｒ３ 側面の形状は、人口ベーンクラウン（ｖａｎｅ−ｃｒｏｗｎ）の径は別として、 回転双曲面であり、その形状は何によっても影響されない。だから構造は、どの ようなサイズのごみ小片の分離にも適している。

このサイズは、最終的にはごみの取除き（重量をへらす）のための空気（又は液 体）の量によって決定される。

分離されるための最小の粒子サイズは、次式で与えられる：空気の場合で、限定 的に分離されるサイズが得られる場合は、入口空気のデータは計算可能であり、 よってａｎ） 装置は図で詳細に示され、そこで 第１図は装置の一部断面側面図であり、そして第２図は装置の一部断面平面図で ある。

ハウジングは、部材１．２．３、及び４から成っている。

これら部材はお互いにネジ５によって固定されており、そしてＯリング６がこれ ら部材間に配置されている。出口ベーンクラウン（ｏｕｔｌｅｔ　ｖａｎｅ−ｃ ｒｏ賀ｎ）　７と入口ベーンクラウン８とな液体の均一配給のために、案内溝１ ０と連なっているハウジング部材１には、接線方向に働らく入口スタブ９が備え られている。羽根により決められた角度で所定半径の装置に入り込むごみ含有ガ ス又はどろ水は、入口角度と速度とにより、それから出口ベーンクラウンの羽根 角度によって定められる通路に沿って移動し、同時に選別又はごみ分離が催され る。

精製した産物及びガス、又はきれいなガスは、出口スタブ１１を通って出口ベー ンクラウン７の内側から出てくる。

粗雑な産物又はごみは、入口ベーンクラウンの方に流し戻され、同時に重力の作 用で選別空間の底部に沈澱し、そこからベーンクラウン１３と双曲面側面との間 の間隙を通り、そして出口スタブ１４を通って貯蔵タンク中へ、双曲面側面１２ に沿って流れ出る。

ごみの分離機と選別機とは、ごみ分離機では入口及び出口羽根角度が運転条件で 変化しない点で、お互いに構造上区別される。他方、選別機では、特定の通路弯 曲部が運転条件の変化、たとえば入れられる空気の量、に従って変位出来るベー ンクラウンの補助器具を備えて形成される。

固形粒子と接触する装置の内面及び案内羽根は、焼結コランダム成分で作られて おり、それ故これ等は硬い原料の摩擦作用に耐える。

耐久力は、装置が速く回転する（運動する）部材を持たず、従って壁と粒子との 相対速度が低く、粒子のすり減らし作用を減少することにより増大される。

本装置の構造は大変簡素であり、従って非常にゆっくりと摩損する部材を容易に 、迅速に、且つ低コストで取換え可能である。

装置の運転コストは、運動部材の欠如、即ち機械的駆動力の不要、により減少さ れる。更にその上、作動のために必要な媒体流がグラインダー、例えばジェット 粉砕器、の消費エネルギーによって決まった場合に与えられ、それによって大い にエネルギーを節約する方法が開発される。

本発明による装置の利点は、在来型サイクロンではごみの８５％が分離され、１ ５％がさらに空気と移動するのに、本装置での分離は９７％である。

選別機として用いれば、定サイズ以下又は以上の不完全産物の量が、５から７ｐ 間の産物の場合ですら１０重景％を越えないが、しかし最良の公知装置でもこの 値がおよそ３０％である。

ごみと接触する面、特にベーンクラウンが焼結コランダムで作られているから、 選別及びごみ分離の値は、半年の運転の後でさえ低下しなかった。若し公知装置 をコランダムに対して運転すれば、羽根車は数時間以内に破損する。

Ｆｉｇ、２ 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ベーンクラウンに加えて、入口スタブ、細断片出口スタブ、及び粗大断片出 口スタブを備えたハウジングから成る固形原料、好ましくは硬くて高純度原料の 選別又は分離のための装置であって、該入口スタブ（９）が環状案内溝（１１） に接続されており、該両出口スタブ（１０，１４）が同心的に且つ垂直に配置さ れており、１つの入口ベーンクラウン（８）と１つの出口ベーンクラウン（７） とが備えられ、そして分離又は選別室が該入口及び出口ベーンクラウン（８，７ ）間で回転双曲面の外被体（１２）を有していることを特徴とする分離又は選別 装置。
2. ２．羽根の面とその接線との間の角度が次式によって定められたことを特徴とす る請求の範囲１項に記載の装置。 θｔｇ−１（ｃ／ω）√ｒ但し、ω：角速度ｒ：極半径（選別室の半径） ｃ：定数
3. ３．羽根の面とその接線との間の角度が次式によって定められたことを特徴とす る請求の範囲１項に記載の装置。 θ＝ｔｇ−１Ｒ・ｅ■ｔ但し、Ｒ：分離室の外側半径ｅ：自然対数のベース ω：角速度 ｔ：時間
4. ４．選別室の高さが次式によって定められたことを特徴とする請求の範囲１項又 は２項に記載の装置。 ｍ＝（Ｒｍｏ／ｒ）√（ω２＋ｃ２Ｒ／ω２＋ｃ２（Ｒ−ｒ））但し、ｍｏ：Ｒ でのｍの値 ｒ：選別室の半径 Ｒ：選別室の外側半径 ω：角速度 ｃ：定数
5. ５．ベーンクラウンの羽根が角度位置調節可能であることを特徴とする請求の範 囲４項に記載の装置。
6. ６．ベーンクラウンが取替え可能であることを特徴とする請求の範囲４項に記載 の装置。
7. ７．選別室の高さが次式で定められたことを特徴とする請求の範囲１項又は３項 に記載の装置。 ｍ＝ｍｏ／ｒ（Ｒ３／√ｒ＋Ｒ３）但し、ｍｏ：Ｒでのｍの値ｒ：分離室の半径 Ｒ：分離室の外側半径
8. ８．ごみ混合物と接触する面が硬い材料で作られたか被覆されたことを特徴とす る請求の範囲１項から７項までに記載された装置。
9. ９．ごみ混合物と接触する材質がひき回される粒子と化学的に同一であることを 特徴とする請求の範囲１項から８項までに記載された装置。
10. １０．ごみ混合物と接触する面が焼結コランダムで作られたか被覆されたことを 特徴とする請求の範囲１項から９項までに記載された装置。