KR20090089293A

KR20090089293A - 미세 광물 분말 생성물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090089293A
Application number: KR1020097008805A
Authority: KR
Inventors: 울리히 쉰들러; 크리스토프 바우어
Original assignee: 칼카브 아게
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-08-21
Also published as: HUE028127T2; NO20091982L; PL2081699T3; ES2547482T3; EP2081699A2; WO2008055495A2; CN101600514B; DE102006053356A1; PT2081699E; IN266869B; MX2009004909A; NO339418B1; CN101600514A; CA2668949A1; DK2081699T3; JP5147023B2; JP2010509041A; SI2081699T1; US8393557B2; CA2668949C

Abstract

1 이상의 공기 분급기, 사이클론 및/또는 필터와 같은 분진 분리기, 적어도 1개의 벤틸레이터 뿐만 아니라 공기 및 고체 물질을 수송하기 위한 튜브 또는 파이프를 연결하는 기구로 이루어지는 시스템을 이용하여 미세 광물 분말을 제조하는 방법. 본 발명은 공기 분급기 중의 분급기 공기의 상대 습도가 15% 내지 35% 범위로 유지되는 것을 특징으로 한다.

공기 분급기, 미세 광물 부말, 상대 습도

Description

미세 광물 분말 생성물의 제조 방법{Method for manufacturing fine mineral powder products}

본 발명은 1 이상의 공기 분급기(air classifier), 사이클론 및/또는 필터와 같은 분진 분리기(dust separator), 적어도 1개의 벤틸레이터(ventilator) 뿐만 아니라 공기 및 고체 물질을 수송하기 위한 튜브 또는 파이프를 연결하는 기구(instrument)로 이루어지는 시스템을 이용하여 미세 광물 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다.

지그-재그 분급기, 순환 공기 분급기, 나선형 또는 가이드 로드(guide rod) 분급기와 같은 상이한 종류의 공기 분급기를 사용할 수 있다.

특히 약 5㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 CaCO₃를 공기 분급기 시스템에서 분급하는 동안, 공기 분급기 자체, 공기 또는 미세하게 과립화된 분말을 수송하기 위한 튜브 또는 파이프 및 사이클론, 필터 또는 벤틸레이터와 같은 시스템의 다른 부품처럼 공기/분말 혼합물과 접촉하는 시스템 부품의 벽에서 주로 경질의 고체 침적물이 관찰될 수 있다. 이들 침적물은 성장하여 조가비 외피(소위 "에그쉘(eggshell)")로 성장할 뿐만 아니라 이(dentoid) 같은 구조로 성장한 후에, 벽으 로부터 떨어져서 거친 잔류물에 대하여 특정된 미세하게 과립화된 생성물을 오염시키게 된다. 이것은 불평을 유발하게 되고 결국 높은 경제적 영향을 갖는 손실을 초래한다.

이들 잔류물(이하에서는 "에그쉘"로 표시)은 분급기 로터 및 벤틸레이터 로터와 같은 공기 분급기 시스템의 회전 부품에서 불균형을 유발하여, 결국 세정 및/또는 균형에 높은 비용을 발생하게 되므로 사용이 제한된다.

EP 0037066호 및 DE 2642884호, 청구항 8은 고정 부품을 세정하기 위한 기계적 장치를 기재하지만, 이것은 기술적 요구 수준이 높은 설비의 작성을 필요로 하므로 사용이 자주 방해받는다. 게다가 에그쉘 입자는 세정하기 전 또는 후에 떨어질 수 있다.

오염된 생성물은 흔히 추가의 분급 단계 또는 여과 단계에 의해 거친 입자로부터 분리된다.

이들 수단은 정황에 따른 것이고 부가적인 기술 장치 및 부분적으로 고 에너지 소비와 결부되므로, 에그셀에 의한 오염으로부터 분말 생성물을 비용 효율적이고 영구적으로 방지하는 것은 가능하지 않으며, 관심을 갖고 있는 100℃ 미만의 분급기 공기 온도 범위에서는 특히 그러하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 침적물 및 그와 관련된 불편을 피하는 것이다. 이러한 목적의 놀라운 해결책은 분급기 공기의 상대 습도(rF)를 약 15% 내지 약 50%, 바람직하게는 15% 내지 약 35% 범위로 유지하는 것이다. 이것을 달성하기 위하여, rF는 분급기 및/또는 시스템의 다른 위치에서 측정될 것이고 또 각 데이터에 따라서 물을 분급기 공기에 도입할 것이다.

본 출원인은 분급기 공기가 15% 미만의 rF를 가질 때 에그쉘 생성이 증가함을 발견하였다. 따라서 분급기 공기의 rF는 본 발명에 따라서 약 15% 이상으로 유지될 것이다.

본 출원인은 또한 50%를 초과하는 rF와 같은 훨씬 더 높은 값은 훨씬 더 많은 양의 물을 필요로 하므로, 더 낮은 온도에서의 시스템의 위치에서 이슬점이 더 하회할 우려를 증가시킨다는 것을 인식하였다. 이것은 액체 물의 형성을 초래하여 결국 응집물 또는 슬러리를 형성하게 하며, 이는 상기 과정의 파괴를 초래할 것이다. 이것을 피하기 위하여 50% rF를 초과해서는 안 된다.

이와 같은 것을 기초로 이하의 사항을 주목해야 한다: 주위로부터 흡입된 차갑고 신선한 공기는 분급기에서 승온될 것이다. 이것은 특히 분급기로부터의 (더 따뜻한) 공기의 일부가 필터 뒤로부터 분급기 공기 입구로 되돌아갈 때 반드시 실시되어야 한다. 따라서 분급기 공기의 상대습도는, 신선한 공기의 온도 및 신선한 공기의 습도에 따라서, 분급기에서 10% rF 아래로 감소될 것이다. 이것은 평균 연간 습도가 14%인 미국 애리조나에서와 같이 주변 공기가 원래 아주 건조한 메마른 지역에 특히 적용된다. 분급기 공기가 더 건조할수록, 분급기 내의 입자는 더 건조하게된다. 당업자들은 입자와 벽이 더 건조하면, 벽을 통한 입자 침적이 더 적을 것이라 기대해야 한다. 더 건조한 입자는 더 단단하고 또 더 신중(prude)하기 때문에, 이들은 벽에 덜 용이하게 부착되어야 하는 반면에, 습한 입자는 틈새 액체로 인하여 더욱 용이하게 부착될 수 있으므로, 가습은 생산성에 도움이 되지 않을 것이다. 상기 예상과 대조적으로, 시험에 의하면, 앞서 말한 바와 같이, 에그쉘 형성이 약 15%의 상대 습도 미만에서 증가하지만, 분급기 공기에서 약 15% 이상의 상대습도에서는 분급기 출구 내 또는 뒤에서 에그쉘이 거의 없거나 전혀 없는 것으로 보여 주며, 이는 미세하게 과립화된 물질 내에 거친 입자가 적거나 거의 없음을 나타낸다.

이 현상을 과학적으로 설명할 수는 없었다. 본 출원인은 실험을 통하여 수 nm 크기의 아주 작은 입자로 에그쉘이 주로 형성됨을 나타낼 수 있었고 또 이것은 광물 입자의 마찰 전기 전하에 관련된 것으로 추정된다. 이에 의하여 주로 아주 작은 입자가 계속 분산될 것이고 또 높은 표면력(표면이 더 클수록 표면력이 더 크다)으로 인하여 벽에 더 잘 부착될 수 있고 또 에그쉘로 응집될 것이다. 본 발명에 따르면 분급기 공기의 상대 습도는 증가하여 도전성 증가를 초래할 것이고, 그에 의해 전하는 더욱 신속하게 균등하게 될 것이므로 주위 공기 중의 일부 나노미터 범위의 가장 미세한 입자는 벽에 부착하는 대신 더 큰 입자로 재응집될 것이다.

상술한 바와 같이, 상대 습도는 비용이 높고 그 효율은 낮은 점에서 35% 이상으로 올리지 않아야 한다.

또한 놀랍게도 본 발명의 용도는, 원료의 질량 유량, 원료의 특성, 분급기 공기 기류 (및 원심분리 가이드 로드 분급기의 경우 로터 속도) - 미세하게 과립화된 생성물의 질량 유량 및 그에 의한 미세하게 과립화된 생성물의 소위 회수율(소정 입자 크기 미만의 미세하게 과립화된 입자의 질량 유량과 원료에서 입자 크기 미만인 입자의 질량 유동 관계)에 대한 일정한 조건에서 현저하게 증가됨이 분명하였다. 이것은 소정 양의 생성물 제조시 에너지 소비 감소가 비용적 이점을 초래하여 환경을 보호함을 의미한다.

바람직하게는, 상대 습도의 조절은 이들이 분급기에 들어가기 전에 실시한다. 본 발명의 아주 간단한 구체예는 신선한 공기를 공급하는 입구에 증기를 주입하는 것이다. (청구항, 도 1)

주입을 실시하기 위하여 60 내지 115 바아의 고압하에서 점적(droplet) 크기 30 ㎛ 미만으로 물을 입구 채널에 주입할 수 있다. (청구항 3).

또한 물은 50℃ 내지 90℃ 온도로 가열될 수 있다. (청구항 4).

입구 채널은 1 m/s 내지 3 m/s 범위의 공기 속도를 얻도록 크기가 조정된다. (청구항 5).

본 발명의 다른 구체예에 따르면, 분급기 공기는 적당량의 물을 도입하기 위하여 공기 가습 장치를 통하여 배당된다. (청구항 6)

바람직하게는 상기 공기 가습 장치는 물 투과성 물질로 제조된 적어도 튜브 또는 파이프이며, 그를 통하여 물이 배당되고 또 그 표면 위로 분급기 공기가 배당된다(청구항 7). 따라서, 물은 외부를 통하여 튜브 또는 파이프의 내부로부터 얻으며, 통과하는 공기 기류가 그것을 흡수할 것이다.

이러한 장치는 오스트리아 빌라크에 소재하는 AWS Air Water Systems로부터 입수할 수 있다.

본 발명의 다른 구체예는 공기 분급기의 입구를 통하여 필터의 출구 공기의 대다수를 되돌리며(feed back) 또 가습은 복귀 채널(return channel)에서 생기는 것을 특징으로 한다. (청구항 8, 도 4)

이것은 물의 부가가 출구 공기의 습도, 이들의 온도 및 공기 분급기 중의 공기 온도에 의해 조절되는 방식으로 용이하게 실시할 수 있다. (청구항 9)

앞에서 언급한 바와 같이, 공기 분급기 중의 공기의 온도는 100℃ 미만 범위이다. 이와 관련하여 본 발명의 다른 개선점은 분급기의 공기의 온도를 30℃ 내지 80℃ 범위로 유지하는 것이다. 이 온도 범위에서 공기를 가습시키는 노력이 비교적 적게 들며, 이는 필요한 물의 양 및 이들의 도입에 필요한 에너지의 양이 낮음을 의미한다.

이것은 복귀 공기 및 도입된 물의 온도와의 관계를 통하여 유리하게 달성된다. (청구항 10).

원료는 예비-파쇄-생성물-사일로(silo)로부터 도입될 수 있거나 또는 경우에 따라 운반하는(conveying) 공기를 사용하여 상류 배열된 건조 분쇄기로부터 직접 도입될 수 있다.

건조 분쇄기가 분급기의 상류에 바로 배열되면, 유리하게는 분쇄기의 출구 공기는 공기 분급기에 도입되고 공기의 가습은 분쇄기의 정면에서 생길 수 있다. (청구항 2 내지 4에 따른 방법에 언급한 바와 같음). (청구항 11).

도 1은 공기 분급 시스템의 간단한 배열을 갖는 구체예를 도시한다.

도 2는 공기/분말 혼합물을 남기는 사이클론의 부분적 유량이 공기 분급기의 입구로 되돌아가는 구체예를 도시한다.

도 3은 공기/분말 혼합물을 남기는 사이클론의 부분적 유량뿐만 아니라 필터 출구 공기의 부분적 유량이 공기 분급기의 입구로 되돌아가는 구체예를 도시한다.

도 4는 필터 출구 공기의 부분적 유량 만이 공기 분급기의 입구로 되돌아가는 구체예를 도시한다.

도 5는 건조 분쇄기가 공기 분급기 바로 앞에 배열된 구체예를 도시한다.

도 6은 공기 분급기에서 공기의 습도를 조절하는 구체예를 도시한다.

참고번호 목록

1 공기 분급기

2 사이클론

3 필터

4 벤틸레이터

4a 사이클론 벤틸레이터

5/5a 튜브

5b 필터(3)로부터 공기 분급기(1)까지 튜브

5c 콘베잉 스크류

6 입구 및 출구

6a 원료 입구

6b 미세하게 과립화된 물질 출구

6c 거친 물질 출구

6d 신선한 공기 입구

7 건조 분쇄기

8 분쇄기(7)와 신선한 공기 입구(6d) 사이의 파이프

9 온도 센서

10 온도 센서 및 습도 센서

11 조절기(controller)

본 발명은 도면을 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.

일반적으로, 공기 분급기 시스템(도 1)은 공기 분급기(1), 사이클론(2), 필터(3), 벤틸레이터(4), 상기 부품을 연결하는 파이프 또는 튜브(5) 뿐만 아니라 입구 및 출구 장치(공급용(6a), 미세하게 과립화된 물질용(6b) 및 거친 물질용(6c))로 구성된다. 공기 분급기(1)에서 원료는 거친 물질과 미세하게 과립화된 물질로 분리된다. 거친 물질은 거친 물질 출구(6c)를 통하여 배출될 것이다. 사이클론(2)에서 보통 소망하는 분말 생성물을 나타내는 미세하게 과립화된 물질은 분급기 공기로부터 분리되어 콘베잉 스크류(5c)를 통하여 수송될 것이다. 분급기 사이클론 출구 공기는 주변을 통하여 벤틸레이터(4)에 의해 분진 제거되고 배출될 것이며, 미세하게 과립화된 분진은 콘베잉 스크류를 통하여 배당될 것이다. 신선한 공기를 공급하기 위한 입구(6d)는 분급기의 하우징에 직접적으로 배열되거나 또는 신선한 공기 입구 채널 상류에 배열될 수 있다. 공기 분급기의 구성에 따라서 소위 누출 공기는 밀폐를 위한 공기 분급기로 들어간다.

본 발명에 따르면, 분급기 공기의 상대 습도는 15% 내지 35% 범위로 유지될 것이다. 도 1에 따르면, 물은 상기 목적을 위하여 증기 또는 점적 형태로 위치 A에있는 통기되는 신선한 공기에 주입되며, 즉 신선한 공기 입구(6d)에 주입된다.

도 2는 공지된 방식으로, 공기/분말 혼합물을 남기는 사이클론 벤틸레이터(4a) 뒤의 사이클론(2)의 부분적 유량이 튜브 또는 채널(5a)을 통하여 공기 분급기의 신선한 공기 입구(6d)로 되돌아가는 구체예를 나타낸다. 가습을 위해 필요한 물을 부가하고 또 위치 B, 즉 사이클론 벤틸레이터(4a) 사이의 연결 파이프에서 분급기 공기의 냉각이 유리한 것으로 밝혀졌는데, 증발을 위한 충분한 거리가 주어지기 때문이다. 그러나, 물은 상기 연결에 의해 신선한 공기 입구(6d)에 직접적으로 성공적으로 주입될 수 있다.

도 3은 공기/분말 혼합물을 남기는 사이클론의 부분적 유량뿐만 아니라 필터 출구 공기(5b)의 부분적 유량이 공기 분급기의 신선한 공기 입구(6d)로 되돌아가는 구체예를 도시한다. 가습을 위해 필요한 물을 제공하여 위치 C에서, 즉 벤틸레이터(4)와 신선한 공기 입구(6d) 사이의 연결 파이프에서 필터(3)로부터 역류 공기로 냉각하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌는데, 이는 거칠고 습한 입자가 공정을 방해하기 때문에 결국 점적으로 응집되는 어떠한 분진 입자도 복귀 공기에 존재하지 않기 때문이다. 그러나, 물은 상기 공기 기류 경로에 의해 신선한 공기 입구(6d)에 직접적으로 성공적으로 주입될 수 있다.

도 4에 도시된 구체예에 따르면, 필터의 출구 공기의 부분적 유량이 공기 분급기(1)의 신선한 공기 입구(6d)로 되돌아갈 것이다. 가습에 필요한 물을 제공하고 위치 C, 즉 벤틸레이터(4)와 신선한 공기 입구(6d) 사이의 연결 파이프(5b)에 있는 복귀 공기(5b)에서 냉각하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다.

도 5에 따르면, 공기 분급기는 통풍된 분쇄기(7)에 직접 연결되며 또 분쇄기의 출구 공기는 파이프(8)를 통하여 분급기의 신선한 공기 입구에 배당된다. 이런 점에서 분쇄기의 입구 부분에서 공기를 가습하는 것이 유리하다. 이것은 앞서 언급한 구체예에도 연결될 수 있다.

도 6은 도 4에 도시된 구체예에서 본 발명에 따른 조절을 기본적으로 기재한다. 분급기 출구 공기의 상대 습도 및 온도는 센서(10)를 통하여 필터 벤틸레이터(4) 뒤에서 측정되며, 분급기의 출구에서 공기의 온도는 센서(9)를 통하여 측정된다. 상기 데이터로부터 유도되는 것은 분급기 자체에서 상대 습도는 온도 및 물 중량 사이의 공지 관계를 기초로 하여 조절기(11)에서 산출되며 이에 따르면 물을 복귀 공기 파이프(5b)에 부가하는 것은 분급기 내의 소망하는 상대 습도가 달성되도록 조절될 것이다.

앞서 말한 도면에 따른 장치를 사용하여 몇 개의 상이한 시험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 조절된 공기를 사용한 실험에 대한 분급 변수:

분급 속도: 3000 U/분

공기 기류: 15000 m³/h

공기 온도: 60℃

상대 습도:30%

절대 물 함량: 39 g/m³

생성물 중량 유동: 2,75 t/h

2㎛에서 생성물의 입자(grain) 크기: 61,30%

1시간 과정 후 시스템의 조사되는 문(inspection door)에서 에그쉘 형성은 전혀 관찰되지 않았다.

2. 조절되지 않은 공기를 사용한 실험에 대한 분급 변수:

분급 속도: 3000 U/분 3000 U/분 공기 기류: 15000 m³/h 15000 m³/h

공기 온도: 60℃ 60℃

상대 습도: 6% 3%

절대 물 함량: 7.8 g/m³ 3.3 g/m³

생성물 중량 유동: 2,85 t/h 1,6 t/h

2㎛에서 생성물의 입자(grain) 크기: 61,90% 54,90%

1시간 과정 후 시스템의 조사되는 문에서 에그쉘 형성이 관찰되었다.

3. 조절된 공기를 사용한 실험에 대한 분급 변수:

분급 속도: 3000 U/분

공기 기류: 9000 m³/h

공기 온도: 42℃

상대 습도: 35%

절대 물 함량: 19,7 g/m³

생성물 중량 유동: 0,6 t/h

2㎛에서 생성물의 입자(grain) 크기: 81,70%

1시간 과정 후 시스템의 조사되는 문에서 에그쉘 형성은 전혀 관찰되지 않았다.

4. 조절되지 않은 공기를 사용한 실험에 대한 분급 변수:

분급 속도: 3000 U/분 3000 U/분 공기 기류: 9000 m³/h 9000 m³/h

공기 온도: 44℃ 40℃

상대 습도: 11% 7%

절대 물 함량: 6,7 g/m³ 3,7 g/m³

생성물 중량 유동: 0,55 t/h 0,15 t/h

2㎛에서 생성물의 입자(grain) 크기: 82,30% 81,30%

1시간 과정 후 시스템의 조사되는 문에서 에그쉘 형성이 약간 관찰되었다.

5. 조절된 공기를 사용한 실험에 대한 분급 변수:

분급 속도: 1800 U/분

공기 기류: 12000 m³/h

공기 온도: 45℃

상대 습도: 35%

절대 물 함량: 21,5 g/m³

생성물 중량 유동: 4,35 t/h

2㎛에서 생성물의 입자(grain) 크기: 43,10%

6. 조절되지 않은 공기를 사용한 실험에 대한 분급 변수:

분급 속도: 2000 U/분 2000 U/분 공기 기류: 12000 m³/h 12000 m³/h

공기 온도: 44℃ 45℃

상대 습도: 11% 5%

절대 물 함량: 6,8 g/m³ 3,3 g/m³

생성물 중량 유동: 3,4 t/h 2,7 t/h

2㎛에서 생성물의 입자(grain) 크기: 50,70% 42,50%

1시간 과정 후 시스템의 조사되는 문에서 에그쉘 형성에 대한 첫 표시가 관찰되었다.

Claims

1 이상의 공기 분급기, 사이클론 및/또는 필터와 같은 분진 분리기, 적어도 1개의 벤틸레이터 뿐만 아니라 공기 및 고체 물질을 수송하기 위한 튜브 또는 파이프를 연결하는 기구로 구성되는 시스템을 이용하고, 공기 분급기 중의 분급기 공기의 상대 습도가 15% 내지 35% 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 미세 광물 분말의 제조 방법.

제 1항에 있어서, 신선한 공기를 위해 주입 덕트(6d)에서 증기가 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.

제 1항에 있어서, 60 내지 115 바아의 고압 하에서 점적 크기 < 30 ㎛로 물이 주입 덕트(td)로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.

제 3항에 있어서, 물은 주입되기 전에 50℃ 내지 90℃ 범위의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.

제 3항 및 제 4항에 있어서, 주입 덕트(6d)는 1 m/s 내지 3 m/s 범위의 공기 속도가 도달하도록 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.

제 1항에 있어서, 분급기 공기는 적당량의 물을 도입하기 위하여 공기 가습 장치를 통하여 배당되는 것을 특징으로 하는 방법.

제 6항에 있어서, 공기 가습 장치는 물 투과성 물질로 제조된 튜브 또는 파이프를 포함하며, 그를 통하여 물이 배당되고 또 그 표면 위로 분급기 공기가 배당되는 것을 특징으로 하는 방법.

제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 필터(3)의 출구 공기의 대부분은 공기 분급기의 입구 덕트(6d)로 되돌아가며 또 가습은 복귀 채널(5b, 도 4)에서 생기는 것을 특징으로 하는 방법.

제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 물의 부가는 출구 공기의 습도, 이들의 온도 및 공기 분급기 중의 공기의 온도에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.

제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 분급기 중의 공기의 온도는 복귀 공기와 30℃ 내지 80℃ 범위의 도입된 물의 온도와의 관계를 통하여 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.

제 1항에 있어서, 건조 분쇄기는 공기 분급기의 상류에 즉각 배열되며 또 분 쇄기의 출구 공기는 공기 분급기로 도입되며, 공기의 가습은 상류 배열된 분쇄기의 정면에서 생기는 것을 특징으로 하는 방법.