TWI546130B

TWI546130B - 粉體的分級方法

Info

Publication number: TWI546130B
Application number: TW099112858A
Authority: TW
Inventors: 小澤和三; 秋山聰; 安藤康輔
Original assignee: 日清工程股份有限公司
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2016-08-21
Also published as: TW201136671A

Description

粉體的分級方法

本發明是有關於一種將具有粒度分佈(particle size distribution)的粉體有效地分級成所期望的分級點(粒徑)的粉體的分級方法。

下述分級方法已為人所知：在將玻璃質高爐渣(blast furnace slag)等的粉體分級成細粉與粗粉時，預先添加醇類(alcohol)等的液體的助劑(auxiliary agent)(例如，參照專利文獻1)。於該分級方法中，藉由將含有極性分子的助劑添加至粉體而將粉體粒子的極性電性中和，從而防止粒子彼此吸附、凝聚而形成粒徑較大的凝聚粒子，且防止分級效率下降。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開昭64-85149號公報

現今，隨著電子設備中所使用的電子材料或電池等的小型化及高性能化，必需以高精度來進行原料的分級。然而，若使用先前的分級方法來進行分級，則會因原料的粉體附著於分級機(classifier)內的各部分而堵塞原料的投入口或高壓氣體的噴出口，故而導致分級性能的惡化，難以長時間運轉。

本發明的課題在於提供一種可高精度地進行粉體的分級的粉體的分級方法。

本發明的粉體的分級方法使用分級機，其特徵在於包括：混合步驟，將粉體與由含有10～50 wt%(重量百分比)的醇的醇水溶液所構成的助劑加以混合；投入步驟，將上述混合步驟中混合的上述粉體投入至上述分級機內；加熱步驟，將氣體加熱；供給步驟，將上述加熱步驟中加熱的上述氣體供給至上述分級機內；以及分級步驟，於上述分級機中，根據粒徑來對上述粉體進行分級。

根據本發明的粉體的分級方法，使用醇水溶液來作為助劑，可高精度地進行粉體的分級。

以下，參照圖式，對本發明的第1實施形態的粉體的分級方法進行說明。圖1是表示本實施形態的粉體的分級方法中所使用的分級裝置的構成的概略構成圖。

如圖1所示，分級裝置2包括：分級機4，藉由內部所產生的旋渦氣流(swirling airflow)來對作為原料而投入的粉體進行分級；給料器(feeder)6，向分級機4投入粉體；第1空氣壓縮機(air compressor)8，經由第1空氣噴嘴(air nozzle)(上噴嘴)29而向分級機4供給原料分散用的高壓氣體；第1加熱器10，配置於第1空氣壓縮機8與第1空氣噴嘴29之間，將自第1空氣壓縮機8所供給的高壓氣體加熱至規定的溫度為止；第2空氣壓縮機9，經由第2空氣噴嘴(下噴嘴)30而向分級機4供給用以提高離心分離作用的效果的高壓氣體；以及第2加熱器11，配置於第2空氣壓縮機9與第2空氣噴嘴30之間，將自第2空氣壓縮機9所供給的高壓氣體加熱至規定的溫度為止。而且，分級裝置2包括：細粉回收部13，將已分離成所期望的分級點以下為止的細粉與分級機4內的氣體一併經由設置於分級機4的上部的細粉吸入口32(參照圖2)而吸入並回收；空氣過濾器(air filter)15，將藉由分級機4內所產生的負壓而自分級機4的周圍所吸入的大氣(常壓氣體)中的粉塵去除；第3加熱器14，對已通過空氣過濾器15的大氣(常壓氣體)進行加熱；以及回收容器16，配置於分級機4的下部，對經離心分離的粒徑較大的粗粉進行回收。此處，細粉回收部13包括：吸入鼓風機12，吸入分級機4內的氣體；以及過濾器17，配置於細粉吸入口32與吸入鼓風機12之間，自通過細粉吸入口32的氣體而捕集細粉。

分級機4具有大致圓錐形狀，且以圓錐的頂點朝向下方的方式而設置著。於分級機4內的上部，形成著於下文中詳細敍述的離心分離室20(參照圖2)。作為分級對象的粉體自給料器6而投入至該離心分離室20內。

於給料器6的內部具有未圖示的螺桿(screw)，藉由使該螺桿進行旋轉而可定量地送出收容於內部的粉體。所送出的粉體自設置於分級機4的上表面的投入口26(參照圖2)而被投入至分級機4內。另外，收容於給料器6內的粉體是利用下述方法而預先與助劑進行混合。

第1空氣壓縮機8對大氣進行壓縮而生成高壓氣體，並將該高壓氣體經由第1加熱器10而向分級機4內供給。而且，第2空氣壓縮機9對大氣進行壓縮而生成高壓氣體，並將該高壓氣體經由第2加熱器11而向分級機4內供給。

第1加熱器10及第2加熱器11在內部具有供高壓氣體通過的配管，且於該配管內設置著由燈絲(filament)及空氣翅片(aerofin)等所構成的加熱單元。該加熱單元將通過該配管內的高壓氣體加熱至規定的溫度為止，同時將高壓氣體中所含的水分去除。另外，於第1空氣壓縮機8與分級機4之間及第2空氣壓縮機9與分級機4之間，亦可另行設置將高壓氣體的含有水分予以去除的其他脫水單元，還可適當設置將灰塵等予以去除的過濾器。

吸入鼓風機12將藉由分級機4所分離的細粉與存在於分級機4內的氣體一併自設置於分級機4的上表面中央處的細粉吸入口32(參照圖2)而吸入，且藉由設置於細粉吸入口32與吸入鼓風機12之間的過濾器17而捕集細粉。此處，當吸入鼓風機12吸入氣體時，於分級機4內會產生負壓，因此存在於分級機4的外部的常壓氣體、即大氣會經由空氣過濾器15及第3加熱器14而被吸入至分級機4內。藉由以此方式而吸入常壓氣體，於分級機4的離心分離室20內形成著進行高速旋轉的旋渦氣流。另外，本實施形態的分級裝置2因包括空氣過濾器15，故而可防止大氣中的灰塵等進入離心分離室20內。而且，由於包括對所吸入的常壓氣體進行加熱的第3加熱器14，因此可將離心分離室20內的旋渦氣流的溫度加熱至規定的溫度為止。第3加熱器14與第1加熱器10及第2加熱器11相同地，於內部具有供常壓氣體通過的配管，且於該配管內設置著燈絲或空氣翅片等的加熱單元。

回收容器16設置於分級機4的最下部，以對在離心分離室20內離心分離後沿著分級機4的圓錐形狀部的斜面而降落的粗粉進行回收。

其次，參照圖2及圖3，對實施形態的分級機4進行說明。另外，圖2是包含分級機4的中心軸的面的縱剖面圖，圖3是與該中心軸垂直的平面的離心分離室20的位置處的橫剖面圖。另外，為了使與其他構成要素(尤其是下述第2空氣噴嘴30及導翼(guide vane)40)的相對位置關係變得明確，而將本來並未圖示於圖3中的投入口26及第2空氣噴嘴30分別以假想線及虛線來表示。而且，關於第2空氣噴嘴30，為了進行說明而僅圖示2個。

如圖2所示，於分級機4內的上部，保持規定的間隔而配置著具有扁平的圓盤形狀的上部圓盤狀構件22、及內部具有中空的圓盤形狀的下部圓盤狀構件24，於兩個圓盤狀構件之間形成著圓柱形狀的離心分離室20。於該離心分離室20的上方，形成著供自上述給料器6所投入的粉體通過的投入口26，且沿著上部圓盤狀構件22的外周壁以環形狀(doughnut)而形成著原料分散區域27。而且，如圖3所示，於離心分離室20的外周以等間隔而配置著多個導翼40，且於離心分離室20的下方，沿著下部圓盤狀構件24的外周壁以環形狀而形成著再分級區域28，該再分級區域28供離心分離後自離心分離室20降落的粉體再次噴回至離心分離室20內。

而且，於原料分散區域27的外周壁，配置著將自第1空氣壓縮機8所供給的原料分散用的高壓氣體噴出的第1空氣噴嘴29。此處，第1空氣噴嘴29以噴出方向與原料分散區域27的外周壁的切線方向大致相同的方式而配置著。

而且，於再分級區域28的外周壁的上端部附近，配置著將自第2空氣壓縮機9所供給的用以提高離心分離作用的效果的高壓氣體噴出的第2空氣噴嘴30。此處，第2空氣噴嘴30以噴出方向與再分級區域28的外周壁的切線方向大致相同的方式而配置著。

而且，第2空氣噴嘴30噴出高壓氣體以使自投入口26所投入的粉體分散，同時向離心分離室20內輔助性地供給氣體。而且，將存在於再分級區域28內的細粉噴回至離心分離室20內。另外，於本實施形態中，於再分級區域28的外周壁上配置著6個第2空氣噴嘴30，但此情況為一例，可自由設定第2空氣噴嘴30的配置位置或個數。

而且，如圖3所示，第2空氣噴嘴30的第2噴嘴角度可由相對於再分級區域28的外周壁的切線的垂直方向的傾斜角α₂來表示，傾斜角α₂可適當變化。

同樣地，第1空氣噴嘴29的噴嘴角度可由相對於原料分散區域27的外周壁的切線的垂直方向的傾斜角α₁來表示，較佳為將傾斜角α₁設為45°～90°的範圍。藉由設為該範圍，能夠在防止應沿細粉吸入口32方向分離的細粉混入至粗粉而經由排出口34朝回收容器16方向分離這一情況發生的方面獲得較大的效果。

於離心分離室20的上部中央設置著將藉由進行離心分離而與粗粉分離的細粉吸入回收的細粉吸入口32。另外，經離心分離的粗粉自再分級區域28而沿著分級機4的圓錐形狀部的斜面降落，且自設置於分級機4的最下部的排出口34排出後收容於上述回收容器16內。

導翼40於離心分離室20內形成旋渦氣流，同時調整該旋渦氣流的旋轉速度。另外，於本實施形態中，作為一例而配置著16片導翼40。該導翼40構成為如下，即，藉由轉動軸40a而可轉動地軸支於上部圓盤狀構件22與下部圓盤狀構件24之間，同時藉由銷(pin)40b相對於未圖示的轉動板(轉動單元)而卡止，並藉由使該轉動板轉動而能夠使所有導翼40同時以規定角度轉動。如此使導翼40以規定角度轉動而調整各導翼40的角度及間隔，藉此可改變沿圖2所示的中空箭頭的方向通過的常壓氣體的流速，進而可改變離心分離室20內的旋渦氣流的流速。藉由如此改變旋渦氣流的流速，可變更本實施形態的分級機4的分級性能(具體而言分級點)。另外，如上述，通過各導翼40的間隔的常壓氣體是藉由第3加熱器14而預先加熱至規定的溫度為止的常壓氣體。

其次，使用圖4所示的流程圖，對本實施形態的粉體的分級方法進行說明。首先，進行分級對象的粉體與作為液體的助劑的混合(步驟S10)。此處，所使用的助劑的種類可根據作為分級對象的粉體的種類來適當選擇，但較佳為例如使用醇水溶液。關於醇，例如可列舉乙醇。而且，醇水溶液中的醇濃度較佳為10～50 wt%。

而且，助劑的添加量或混合方法亦可根據粉體的種類來適當選擇，但於本實施形態的粉體的分級方法中，是在對分級對象的粉體添加規定比率的助劑後，使用混合機進行混合。而且，關於混合機，使用Hi-X(Hi-X200：日清工程(Nisshin Engineering)股份有限公司製造)，根據分級對象的粉體及所使用的助劑的種類來選擇最佳的葉輪(impeller)的旋轉速度及刮刀(scraper)的旋轉速度。而且，關於在混合機中進行混合的分級對象的粉體的量，亦可適當選擇。另外，添加至粉體的助劑，在與粉體的混合中及混合後其一部分會蒸發，因而有時向分級裝置2的給料器6投入混合粉體時混合粉體中所含的助劑量會少於混合開始時所添加的助劑量。

當使分級裝置2運轉時，藉由吸入鼓風機12而開始吸入氣體(步驟S12)。離心分離室20內的氣體自設置於離心分離室20的上部中央的細粉吸入口32吸入，因而離心分離室20的中央部的氣壓相對變低。利用以此方式於離心分離室20內所產生的負壓，自沿著離心分離室20的外周所配置的各導翼40之間而吸入藉由通過設置於第3加熱器14內的配管內而被預先加熱至規定的溫度為止(步驟S14)的常壓氣體即大氣，並將該常壓氣體供給至離心分離室20內(步驟S16)。如此自導翼40之間吸入有常壓氣體，藉此形成著具有根據導翼40的轉動角度而規定的流速的旋渦氣流。另外，於本實施形態的粉體的分級方法中，以使離心分離室20內的旋渦氣流的溫度達到100℃左右的方式，對所吸入的常壓氣體進行加熱。

其次，使用第1空氣壓縮機8及第2空氣壓縮機9而開始向分級機4的離心分離室20內供給高壓氣體。自第1空氣壓縮機8及第2空氣壓縮機9所噴射的高壓氣體分別藉由第1加熱器10及第2加熱器11而加熱至規定的溫度為止(步驟S18)。另外，第1加熱器10及第2加熱器11與第3加熱器14相同地，以使離心分離室20內的旋渦氣流的溫度達到100℃左右的方式對該高壓氣體進行加熱。加熱至規定的溫度為止的高壓氣體自設置於離心分離室20的外周壁的多個第1空氣噴嘴29及多個第2空氣噴嘴30而噴出，並被供給至離心分離室20內(步驟S20)。

如上述，當加熱至100℃左右為止的高速旋渦氣流在離心分離室20內以穩定旋轉的狀態而形成時，自給料器6定量送出的混合粉體從投入口26被投入至離心分離室20內(步驟S22)。如圖2所示，因投入口26設置於離心分離室20的外周部的上方，故而自投入口26所投入的混合粉體會與在離心分離室20內高速旋轉的旋渦氣流發生碰撞而急遽地分散。此時，混在粉體的微粒之間的助劑急速產生氣化，藉此促進粉體的分散。如此以微粒單位分散的粉體不會附著在構成離心分離室20的上部圓盤狀構件22或下部圓盤狀構件24等的表面上，而會在離心分離室20內多次旋轉，並根據粉體的粒徑來進行分級(步驟S24)。

離心分離室20的離心分離作用的結果為，具有所期望的分級點以下的粒徑的細粉彙集到離心分離室20的中央部，藉由設置於上部圓盤狀構件22及下部圓盤狀構件24的各自中央部的環狀(ring)凸部的效果，而與藉由吸入鼓風機12所吸入的氣體一併自細粉吸入口32回收(步驟S26)。另外，具有超過分級點的粒徑的粗粉則藉由離心分離室20的離心分離作用而彙集到離心分離室20內的外周部後，自再分級區域28沿著分級機4的圓錐形狀部降落，自排出口34排出後收容於回收容器16。

如上述，藉由在離心分離室20內旋轉的高溫的旋渦氣流及助劑的效果而有效分散的粉體，不會附著於構成離心分離室20的零件等的表面，而是在離心分離室20內進行旋轉，從而被高效地分級成所期望的分級點以下的細粉與剩餘的粗粉。另外，所添加的助劑全部氣化，因而不會包含於所回收的粉體內。

而且，於本實施形態中，以使分級機4內的旋渦氣流達到100℃左右的方式對所供給的氣體進行加熱，但分級機4內的旋渦氣流的溫度並不限定於100℃左右，只要為於離心分離室20內使助劑氣化的溫度即可。

其次，參照圖式，對本發明的第2實施形態的粉體的分級方法進行說明。另外，本第2實施形態的粉體的分級方法的構成為如下：將第1實施形態的粉體的分級方法的混合步驟變更為一邊進行加熱一邊進行混合。因此，省略關於與上述分級裝置2相同的構成的詳細說明，而僅對不同的部分進行詳細說明。而且，對與上述分級裝置2的構成相同的構成標註相同符號來進行說明。

圖5是對第2實施形態的粉體的分級方法進行說明的流程圖。首先，於混合機中，對分級對象的粉體與助劑一邊進行加熱一邊進行混合(步驟S30)。此處，所使用的助劑的種類可根據作為分級對象的粉體的種類來適當選擇，但較佳為例如使用醇水溶液。關於醇，例如可列舉乙醇。而且，醇水溶液中的醇濃度較佳為10～50 wt%。

其次，進行步驟S32～S40所示的處理，但因該些處理分別與圖4的流程圖的步驟S12～S20所示的處理相同，故而省略說明。繼而，自給料器6定量送出的混合粉體自投入口26而被投入至離心分離室20內(步驟S42)。此時，因於步驟S30中已受到加熱，故而混合粉體以規定的溫度而被投入至離心分離室20內。繼而，進行步驟S44及S46所示的處理，但因該些處理分別與圖4的流程圖的步驟S24及S26所示的處理相同，故而省略說明。

另外，就離心分離機20內的旋渦氣流的溫度設定而言，例如，於步驟S34中，以使旋渦氣流的溫度達到100℃左右的方式藉由第3加熱器14來對所吸入的常壓氣體進行加熱，於步驟S40中，亦同樣地以使旋渦氣流的溫度達到100℃左右的方式藉由第1加熱器10及第2加熱器11來對高壓氣體進行加熱。

[實例]

其次，就本實施形態的粉體的分級方法，使用實例來進行更具體地說明。

(粉體與助劑的混合)

使用Kanto Loam煅燒品(JIS Z 8901試驗用粉體1-11種，D50(中位徑)=2.7μm，小於等於1μm的比例=50.2pop%)來作為粉體，並對於粉體添加8wt%的助劑。使用10~50wt%的乙醇水溶液來作為助劑。

將添加了助劑的粉體放入至混合機(Hi-X200：日清工程股份有限公司製造)，並進行混合。混合機的設定為如下：將葉輪旋轉速度設為3000轉/分鐘，將刮刀旋轉速度設為45轉/分鐘，將混合機內的溫度設為80℃。而且，於1次混合操作中使用500g的粉體。

(粉體的分級)

使用分級機，進行藉由混合機而混合的助劑與粉體的混合物的分級。

於本實例中，使用配備隔熱裝備的分級機(AEROFINE CLASSIFIER AC-20型：日清工程股份有限公司製造)，將由圖1所示的吸入鼓風機12所吸入的風量設為2m³/min且將壓力設為20~50kPa。此處，藉由吸入鼓風機12所吸入的風量相當於自導翼40之間所吸入的常壓氣體的風量。而且，將導翼40的角度設為90°(切線方向)。

而且，將藉由第2空氣噴嘴30所噴出的高壓氣體的條件固定為壓力0.5MPa、風量215NL(標準公升)/min。另外，第2空氣噴嘴30的噴嘴口徑為=0.8mm，且於再分級區域28的外周壁以等間隔而設置有6個。而且，將噴嘴角度(α₂)設為75°。

而且，將藉由第1空氣噴嘴29所噴出的高壓氣體的條件於壓力0.2~0.6MPa、風量390~560NL/min的範圍內加以變更而進行分級。另外，第1空氣噴嘴29的噴嘴口徑為=1.3mm，且於原料分散區域27的外周壁以等間隔而設置有6個。而且，將噴嘴角度(α₁)設為75°。而且，將作為原料的粉體與助劑的混合物對分級機的投入設定為1kg/hr。

於進行分級後，對回收容器16中所回收的粗粉進行分析，並獲得圖6所示的結果。於圖6中，表示了使用乙醇濃度為10wt%、30wt%、50wt%的乙醇水溶液作為助劑的實例，未使用助劑的比較例，及使用水作為助劑的比較例的結果。

而且，於圖6所示的圖表的縱軸中，以「pop%」來表示測定粒子5萬個中的小於等於1μm的粒子個數的比例。亦即，表示粗粉中所含的小於等於1μm的粒子(細粉)個數的比例。而且，於圖6所示的橫軸中，表示粗粉對於所投入粉體的產率(yield)(%)。於該圖表中，表示當粗粉的產率相同時，粗粉中的小於等於1μm的粒子個數的比例越少，則分級性能越好。

根據圖6的圖表所示的結果，表示使用含有10~50wt%的乙醇的乙醇水溶液來作為助劑的情況比起未使用助劑的情況及使用水來作為助劑的情況，具有更優異的分級性能。

2．．．分級裝置

4．．．分級機

6．．．給料器

8．．．第1空氣壓縮機

9．．．第2空氣壓縮機

10．．．第1加熱器

11．．．第2加熱器

12．．．吸入鼓風機

13．．．細粉回收部

14．．．第3加熱器

15．．．空氣過濾器

16．．．回收容器

17．．．過濾器

20．．．離心分離室

22．．．上部圓盤狀構件

24．．．下部圓盤狀構件

26．．．投入口

27．．．原料分散區域

28．．．再分級區域

29．．．第1空氣噴嘴

30．．．第2空氣噴嘴

32．．．細粉吸入口

34．．．排出口

40．．．導翼

40a．．．轉動軸

40b．．．銷

α₂．．．傾斜角

S10～S26、S30～S46．．．步驟

圖1是表示第1實施形態的分級裝置的構成的概略構成圖。

圖2是表示第1實施形態的分級機的內部構成的縱剖面圖。

圖3是表示第1實施形態的分級機的內部構成的橫剖面圖。

圖4是對第1實施形態的粉體的分級方法進行說明的流程圖。

圖5是對第2實施形態的粉體的分級方法進行說明的流程圖。

圖6是表示實例的結果的圖表。