KR20120016296A - 분말재료로부터 과립을 생산하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말재료로부터, 특히 유리를 생산하기 위한 원료로부터 습한 과립을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 다음의 연속적인 단계를 포함한다. (i)과립으로 될 분말재료를 적어도 2개의 부분, 즉 제1부분과 제2부분으로 분리하는 단계; (ⅱ)결합 액체를 분말재료의 제1부분에 첨가하는 단계; (ⅲ)그에 따라 얻은 제1혼합물을 제립기에서 응집시켜 과립(a)을 얻는 단계; (ⅳ)분말재료의 제2부분을 제립기에 첨가하는 단계; (v)얻은 새로운 혼합물을 제립기에서 응집시켜 과립(b)을 얻는 단계. 이런 순차의 과립 생산방법은 과립의 안정성을 보장하며 취급이 용이하며 건조단계가 없어진 습도를 가진 과립을 생산한다.

Description

분말재료로부터 과립을 생산하는 방법{METHOD FOR MANUFACTURING GRANULES FROM POWDER MATERIALS}

본 발명은 분말재료, 특히 유리 생산용 원료(또는 유리질 재료(vitrifiable material))로부터 과립(granules)을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유리 생산용 분말재료를 습(wet) 과립으로 생산하는 공정의 개량에 관한 것으로서, 얻은 과립은 순차적으로 용해로(melting furnace)에 공급된다.

유리 생산에서, 에너지 비용은 유리를 생산하는데 소요되는 총 생산비에서 매우 중요한 비율을 나타낸다. 유리 생산에서 에너지 소비를 줄이기 위한, 특히 용해로에서 원료의 용융 동역학(fusion kinetics)(용해속도, 균질성)을 향상시켜 에너지 소비를 줄이기 위한 다양한 형식의 방법이 지금까지 제안되어 있다. 그 중, 용해로로부터 방출되는 가스의 잔열(residual heat)로 원료를 예열하는 방법 및/또는 원료를 과립으로 만드는 방법이 가장 널리 알려져 있다. 특히, 과립화는 용해로 내의 분말 원료의 어려운 가열작업을 만족할 수 있을 만큼 줄일 수 있게 하는 유익한 방법이며, 그것은 전도에 의한 빈약한 열전달의 결과이며 또한 충전물 중에서 최고의 용해성 성분들의 조기 용융의 결과이다. 과립 형태의 유리질 원료의 용융 및/또는 정제작업은 매우 빠르게 이루어지며, 용융된 유리에 양호한 균질성(homogeneity)도 제공한다. 더욱이, 과립은 분명히 분말 형태의 충전물을 취급하는 것보다 훨씬 용이하게 취급할 수 있는 것이다.

또한, 과립화 해결책(granulation solution)은 다음과 같은 사태의 발생을 방지하여 더욱 유익한 것이다.

-다양한 성분들(constituents)이 진동의 결과로 중력에 의하거나 컨베이어 벨트를 통해 사일로 또는 호퍼 내에 저장되는 동안 분리되는 위험.

-용해로의 배출에 따른 결과이지만 또한 용해로의 아치부의 사용수명에 따른 결과로도 발생하는 유리질 원료의 소위 "미세(fine)" 입자(분진; dust)의 분산. 더욱이, 이 단점은 분산하는 상기 분진이 공기오염문제를 일으킬 수 있기 때문에 환경에 영향을 미칠 수 있다.

알려진 방식에서, 분말재료의 전통적인 과립화는 제립기(製粒機)에서 전통적으로 물(water)인 결합 액체(binder liquid)를 분말 형태의 유리 원료에 첨가하고 흔히 가성 소다와 같은 첨가제가 첨가되어 행해진다. 상기 결합 액체는 기본적으로 윤활유로서 작용하여 혼합물을 응집시키어 과립을 형성하는 것이다. 따라서, 이 방식은 "습식 과립화"로 지칭된다.

일반적으로 분말재료의 효율적인 과립화에 적용되는 수분함량(water content)은 과립화 될 충전물(charges)에 대해 7wt% 내지 14wt% 범위이며, 이상적으로는 10wt% 보다 큰 값이다. 결합 액체를 분말재료 등에 첨가하는 방식으로, 결합 첨가제의 성질 및 양과 관련한 선택을 위한 다양한 시험이 행해졌다(특허 FR1556285호, US3,969,100호, 및 US 4,031,175호에 기재). 그러나, 습식 과립화 작업에서는 과립이 형성되면, 상기 과립이 다음 순서의 취급을 위해 그들의 안정성을 보장하면서 과립이 함유한 물의 격렬한 증발 결과로서 용해로에 공급될 때 과립이 파열되는 것도 방지되도록 반드시 건조되어야 한다. 유리 생산용으로 사용되며 과립 형태로 용해로에 공급되는 원료의 수분함량은 전통적으로 2wt% 내지 6wt% 정도이다.

"습(wet)" 과립의 건조단계(step)는 예를 들어 로터리 드럼- 또는 유동층-타입 드라이어와 같은 건조기에서 일어나며, 이상적인 수분함량의 "건(dry)" 과립을 얻을 수 있게 한다.

따라서, 습식 과립화 방식을 사용하여 건 과립을 생산하는 종래 방법은 2개의 상당히 다른 단계(과립화와 건조)를 필요로 하며, 결과적으로 건조기와 독립적인 제립기와 그것으로부터 초래되는 추가적인 처리 단계(변환)를 필요로 한다. 따라서, 이 방법은 처리관점에서 볼 때 근본적으로 결함을 갖는 것이다. 사실상, 제립기로부터 건조기로의 변환과 관련한 추가적인 취급단계는 다음과 같이 복잡하다.

-액체 결합제가 첨가되는 분말재료는 "점착(stick)"이 어렵고, 이 공정에서 중간 산물인 습 과립은 제립기로부터 취급 및 제거하기가 어렵다.

-상기 습 과립은 저항성이 낮아서, 흔히 건조기로 이송하는 동안 또는 건조하는 동안 파괴된다.

또한, 이 방법의 주 결점은 습 과립을 건조하는데 에너지가 필요하다는 것이며, 이런 에너지 소용은 특히 유리용 원료의 경우 과립화 때문에 얻은 에너지 이득을 감소시킬 것이므로 중요한 결점이 된다.

또한, 과립화 및 건조를 가능케 하는 단일 세트의 장비도 있지만, 상기 2개의 단계는 여전히 동시에 실시될 수 없으며 연속적이어야 한다. 취급 및 변환과 관련한 결함을 적어도 부분적으로 해결할 수 있더라도, 이 타입의 장비가 건조 자체와 관련된 에너지 소비의 주 결함을 없앨 수는 없다.

본 발명의 목적은 건조 단계에서 요구되는 기술적 문제(들), 즉, 에너지 소비 및 추가적인 취급 문제를 해결하여 종래 기술의 결함을 해결하는 것이다.

특히, 본 발명의 실시예 중의 적어도 1실시예에서의 본 발명의 목적은 상술한 결함에 더하여 건조 단계도 생략할 수 있는 효과적인 습식 과립 생산방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예 중의 적어도 1실시예에서의 본 발명의 다른 목적은 과립이 안정성을 보장하면서 취급하기가 용이한 습도를 가지며 상당히 적은 비-과립 미립자 잔류 비율을 얻을 수 있는 습식 과립 생산 방법을 제공하는 것이다.

끝으로, 본 발명의 목적은 종래 기술의 결함에 대해 간단하고 경제적인 해결책도 제공하는 것이다.

특별한 실시예에 따라서, 본 발명은 분말재료로부터 과립을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르며, 분말재료로부터 과립을 생산하기 위한 방법은 다음과 같은 연속적인 단계를 포함한다.

-과립화 되는 분말재료를 적어도 2개의 부분, 즉 제1부분과 제2부분으로 분할하는 단계;

-결합 액체를 분말재료의 상기 제1부분에 첨가하는 단계;

-그에 따라 얻은 제1혼합물을 제립기에서 응집시켜 과립(a)을 얻는 단계;

-분말재료의 상기 제2부분을 상기 제립기에 첨가하는 단계;

-얻은 새로운 혼합물을 제립기에서 응집시켜 과립(b)을 얻는 단계.

따라서, 본 발명의 방법의 결과로서, 종래 기술의 습식 과립 생산방법이 가진 결함의 해결책을 제공할 수 있으며, 제기된 기술적 문제(들)도 해결할 수 있다. 사실상, 본원의 발명자들은 특별한 방식으로 실질적인 과립 생산단계를 순차적으로 하여 종래 기술에서 통상적으로 사용된 건조단계를 없앨 수 있었다.

결과적으로, 본 발명은 기본적으로 결함을 수반하는 추가적인 건조단계에 의지하지 않고 본 발명의 방법의 말기에 제립기에서 적절한 수분을 함유한 과립이 생산되게 하는 완전히 새로운 발명이다.

본 발명의 방법에 따라, 과립화 되는 분말재료가 적어도 2개의 부분, 즉 제1부분과 제2부분으로 분할된다.

본 발명의 특별한 실시예 중의 하나에서, 분말재료의 제1부분은 분말재료의 제2부분의 조성과 동일한 조성을 갖는다. 본 발명에 따른 과립 생산 방법은 이 경우에는 "균질 과립화"로 지칭된다.

본 발명의 다른 특별한 실시예에서, 분말재료의 제1부분은 분말재료의 제2부분의 조성과 다른 조성을 갖는다. 본 발명에 따른 과립 생산 방법은 이 경우에는 "불균질 과립화"로 지칭된다. 따라서, 이 타입의 과립화에서는 동일한 과립 내에서 1배치(batch)의 분말재료 중의 특별한 성분을 선택적으로 조합할 수 있다. 분말재료가 유리질 재료로 형성되는 특별한 경우에, 이 타입의 불균질 과립화는 어떤 용융 매개변수가 용융 효율의 추가적인 증가나 분리동작의 상당한 감소와 같은 추가적인 향상이 있게 한다. 사실상, 선택적 배칭(selective batching)의 유리질 원료는 미국 특허출원 US2005/0022557호에 기재된 바와 같이 3원 시스템(ternary system)(CaO-Na₂O-SiO₂)에 존재하는 반응경로(reaction paths)가 제어되게 한다. 이 출원에서, 일부 원료는 제1배치의 과립에 조합되며, 다른 원료는 제2배치의 과립에 조합된다. 다음, 상기 2개 배치의 과립이 로에 배치되기 전에 간단히 조합된다. 따라서, 이런 선택적 배칭의 방법은 2개의 전혀 다른 과립화를 할 수 있게 하여, 실행되는 단계의 수와 취급 작업을 증가시킨다. 양호하게, 본 발명에 따른 과립 생산방법은 분말 원료의 불균질 과립화가 과립을 형성하는 단일 과립 생산방법으로 이루어지게 하며, 그 각각은 그들 내에서 원료의 적어도 2개의 서로 다르게 설정된 조성을 갖는다.

본 발명의 다른 특징 및 이점에 대해서는 이하에서 본원을 제한하는 것이 아닌 설명을 목적으로 기술한 양호한 실시예를 통한 설명으로부터 보다 분명하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 방법은 분말재료로부터 과립을 생산하기 위한 공정이다. 분말재료는 분말 형태이며 소위 "미세한" 입자를 상당량 포함하는 화합물이다. 이들 미립자의 평균 직경은 전형적으로 약 100미크론 미만이다.

본 발명에 의거, 과립화 될 분말재료는 약 0wt% 내지 약 4wt% 범위의 수분 함량을 갖는다. 바람직하게, 과립화 될 분말재료는 0wt% 내지 약 1wt% 사이 범위의 수분 함량을 갖는다.

특별한 실시예에 의거, 분말재료는 용해로 내의 유리 생산용 원료 또는 유리질 재료로부터 형성된다. 전형적으로, 이들 유리질 재료는 다른 물질들 중에서 규사, 석회석, 백운석, 산화 알루미늄, 장석, 탄화나트륨을 포함한다. 또한, 다른 중요한 성분들이 안료(철, 코발트, 산화 크롬...) 및 소위 형성 요소(PbO, MgO, ZnO, BaO ...)와 같은 유리질 재료에 존재한다. 이 실시예의 경우, 본 발명의 방법에 의해 생산된 과립은 과립 생산 후 또는 저장 기간 후 즉시 순차적으로 용해로 내로 공급되게 된다.

본 발명에 의거, 과립화 될 분말재료는 적어도 2개의 부분, 즉 제1부분과 제2부분으로 분할된다. 바람직하게, 분말재료의 제1부분은 과립화 될 분말재료의 적어도 25wt%를 나타낸다. 또한, 바람직하게 그것은 많아야 과립화 될 분말재료의 75wt% 를 나타낸다.

본 발명에 따르는 과립화는 드럼 제립기와 같은 알려진 타입의 제립기, 블레이드 타입, 터빈 타입, 더블 콘 타입 등과 같은 제립기 디스크 또는 믹서-제립기에서 실행될 수 있다.

양호하게, 본 발명에 사용된 결합 액체는 물을 포함한다. 또한, 양호하게 1개 이상의 첨가제도 포함한다. 인용되는 적절한 결합 액체의 예로는 가성 소다, 규산 나트륨, 또는 그 밖의 염화 나트륨의 수용액이 있다. 특히, 규산 나트륨의 수용액이 바람직하다.

결합 액체가 제일 먼저 믹서 내의 제1원료 부분에 첨가될 수 있다. 따라서, 얻은 습 혼합물이 제립기를 통과하게 된다. 바람직하게, 본 발명에 따라서 결합 액체가 제립기 내의 분말재료의 제1부분에 직접 첨가된다. 본 발명에 따르는 결합 액체는 전통적으로 제립기에 분무 또는 분사에 의해 분말재료의 제1부분에 첨가될 수 있다.

분말재료의 제1부분에 첨가된 결합 액체의 양은 상기 제1혼합물의 8wt% 내지 20wt% 사이의 범위이다. 바람직하게, 분말재료의 제1부분에 첨가된 결합 액체의 양은 상기 제1혼합물의 8wt% 내지 16wt% 사이의 범위이다.

결합 액체와 분말재료의 제1부분은 제립기 내에서 제1혼합물을 형성한다.

본 발명에 따라서, 결합 액체와 분말재료의 제1부분으로부터 얻은 제1혼합물은 제립기에서 조밀하게(compact) 된다. 이 단계 동안, 혼합물은 활발하게 혼합되며, 상기 분말재료는 응집되며 "습(wet)"으로 지칭된 과립물(a)(본 방법의 마지막 단계에서 얻은 과립(b)과 대비)이 그것으로부터 형성된다. 상기 혼합물은 조밀하게 되기에 앞서 가열될 수 있다(예를 들어, 전통적으로 70℃ 내지 85℃ 사이).

습 과립물(a)이 형성될 때, 분말재료의 제2부분이 제립기 내의 상기 과립(a)에 첨가된다. 과립(a)과 분말재료의 제2부분은 제립기 내에서 새로운 혼합물을 형성한다.

본 발명에 따라서, 과립(b)과 분말재료의 제2부분으로부터 얻은 새로운 혼합물은 제립기에서 응집된다. (과립(a)과 대비하여) "건"으로 지칭되는 과립(b)은 이 단계의 결과로서 형성된다. 또한, 새로운 혼합물도 조밀하게 하기에 앞서 가열될 수 있다(예를 들어 전통적으로 70℃ 내지 85℃ 사이의 온도).

본 발명에 따른 과립(b)은 이상적으로 이들을 처리하고 기계적으로 안정된 상태인 2wt% 내지 6wt% 사이 범위의 평균 수분함량을 갖는다. 바람직하게, 과립(b)은 3wt% 내지 5wt% 사이 범위의 수분함량을 갖는다.

본 발명에 따른 과립(b)은 0.1 내지 8mm 사이의 크기 변화가 있다. 크기는 과립의 최대 직경을 나타낸 것으로 이해된다.

본 발명의 실시예에서, 분말재료의 제1부분은 분말재료의 제2부분의 조성과는 다른 조성을 갖고, 불균질 과립화가 실행된다. 이 실시예에서, 조성(A) 내의 균질 과립(들)이 처음으로 조성(A)의 분말재료의 제1부분으로부터 형성된다. 다음, 조성(B)의 분말재료의 제2부분이 제립기에 첨가되며, 불균질 과립(b)이 얻어진다. 이들은 조성(B)의 케이싱에 의해 둘러싸인 조성(A)의 "코어"로부터 형성된다. 본 발명의 실시예에 따라, 과립화 될 배치의 분말재료는 복수개의 다른 케이싱에 의해 에워싸인 코어를 가진 불균질 과립을 얻도록 2개 이상의 부분으로 분할될 수 있다.

본원의 다른 특징 및 이점에 관한 설명을 본 발명에 따르며 본 발명을 제한하지 않는 예를 통해 이하에 기술한다.

예1(균질 과립화)-과립은 표1과 같은 배치의 분말재료로부터 본 발명의 방법에 따라 생산된다.

원료	wt%
규사	69
탄산 나트륨	30
황산 나트륨	0.4
산화 알루미늄	0.6

개시 배치(starting batch)의 초기 수분함량은 1wt% 미만이다.

상기 배치는 동일한 조성을 갖는 2개의 부분으로 분리된다. 즉, 개시 배치의 45wt%에 상당하는 제1부분과 개시 배치의 55wt%에 상당하는 제2부분.

제1부분은 로터리 드럼-타입 제립기에 공급된다. 다음, x=3.4 내지 2.5wt%의 규산 나트륨의 수용액 Na₂O.xSiO₂.H₂O이 제립기가 회전 모드에 있는 동안 분무에 의해 제립기에 첨가된다. 첨가된 규산 나트륨의 양은 용액과 원료의 제1부분의 혼합물에 대해 10wt%이며, 제립기의 회전 시간은 약 10분이다. 따라서, "습" 과립이 얻어진다.

다음, 제2부분이 제립기가 회전 모드에 있는 동안 제립기에 형성된 제1과립에 공급된다. 제립기의 회전 주기인, 이 시간은 약 2분이다.

따라서, 4.5wt%의 평균 수분함량을 가진 과립이 얻어진다. 과립의 크기는 대략 0.1mm 내지 대략 5mm 사이에서 변한다. 이들은 취급되는 동안 그리고 저장되는 시간 동안 양호한 안정성과 충분한 저항을 갖는다. 또한, 과립화의 말기에 제립기 내에 존재하는 "미세" 입자의 양은 매우 적다.

예2(불균질 과립화)-과립은 예1에서 사용된 것과 동일한 공정을 사용하며, 표2와 같은 배치의 분말재료로부터 개시하여 생산된다.

원료	wt%
규사	61.3
석회석	18.0
탄산 나트륨	19.0
황산 나트륨	0.4
산화 알루미늄	1.3

개시 배치의 초기 수분함량은 1wt% 미만이다.

개시 배치의 34wt%에 상당하는 원료의 제1부분은 표3과 같은 조성을 갖는다.

원료	wt%
규사	15.9
석회석	18.0
탄산 나트륨	0
황산 나트륨	0
산화 알루미늄	0

첨가된 규산 나트륨 2.5wt%의 수용액의 양은 용액과 원료의 제1부분의 혼합물에 대해 12wt% 이다.

나머지 제2부분은 개시 조성(starting composition)의 66wt%에 상당하며 표4와 같은 제1부분과는 다른 조성을 갖는다.

원료	wt%
규사	45.4
석회석	0
탄산 나트륨	19.0
황산 나트륨	0.4
산화 알루미늄	1.3

따라서, 약 4wt%의 평균 수분함량을 갖고 대략 0.1mm 내지 대략 4mm 로 크기가 변하는 불균질 과립이 얻어진다. 이 과립은 주로 규사와 탄산 나트륨으로 구성된 케이싱에 의해 둘러싸인 규사와 석회석으로 구성된 코어로부터 형성된다.

또한, 과립화 공정의 말기에 제립기 내에 존재하는 미립자의 양은 매우 적다. 사실상, 개시 배치의 분말재료는 50wt% 정도에서 높은 백분율의 미립자(평균 직경 < 100㎛)를 가진다. 본 발명에 따르는 과립화 후, 이 백분율은 예2의 최종 과립의 약 8wt% 이다.

예1과 예2는 본 발명이 건조 단계의 필요를 감소시킨, 사실상 없앤 효율적인 습식 과립화 방법을 제공한 것을 나타내었다. 매우 적은 비-과립 미립자의 잔류 비율에 더하여 그 취급이 용이하며 기계적으로 안정적인 이상적인 수분함량을 가진 과립이 건조기를 갖지 않은 제립기 만을 사용하여 얻어진다. 또한, 단일 과립화 작업만을 사용하여 선택적 배칭을 허용하는 불균질 과립을 얻을 수도 있다.

본 발명은 상술한 예 및 실시예로 제한되지 않으며, 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 이루어지는 변경 및 개조된 기술구성도 포함한다.

Claims (12)

1. 분말재료로부터 과립을 생산하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 연속적으로:
   -과립화 될 분말재료를 적어도 2개의 부분, 즉 제1부분과 제2부분으로 분할하는 단계;
   -결합 액체를 분말재료의 상기 제1부분에 첨가하는 단계;
   -그에 따라 얻은 제1혼합물을 제립기에서 응집시켜 과립(a)을 얻는 단계;
   -분말재료의 상기 제2부분을 상기 제립기에 첨가하는 단계; 및
   -얻은 새로운 혼합물을 제립기에서 응집시켜 과립(b)을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분말재료는 용해로에서 유리를 생산하기 위한 원료로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 분말재료의 상기 제1부분은 과립화 될 분말재료의 적어도 25wt%를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 분말재료의 상기 제1부분은 과립화 될 분말재료의 많아야 75wt%를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 결합 액체는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 결합 액체는 1개 이상의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가된 결합액체의 양은 제1혼합물의 8wt% 내지 20wt% 사이 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가된 결합액체의 양은 제1혼합물의 8wt% 내지 16wt% 사이 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 과립(b)은 2wt% 내지 6wt% 사이 범위의 수분함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 과립(b)은 3wt% 내지 5wt% 사이 범위의 수분함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 분말재료의 상기 제1부분은 분말재료의 상기 제2부분의 조성과 동일한 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 분말재료의 제1부분은 분말재료의 제2부분의 조성과 다른 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.