WO2002097142A1

WO2002097142A1 - Device and method for treating oil-adhered particles

Info

Publication number: WO2002097142A1
Application number: PCT/JP2002/005309
Authority: WO
Inventors: Tetsuharu Ibaraki; Takashi Yamamoto; Satoshi Kondo; Yoshihiro Abe; Toshiki Katsumi
Original assignee: Nippon Steel Corporation; Mitsui Bussan Plant & Project Corporation; Niigata Worthington Co.,Ltd.
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2002-12-05
Also published as: EP1396551B1; EP1396551A4; TWI299754B; EP1396551A1

Description

明細書油付着粒子の処理装置及び処理方法技術分野

本発明は、製鉄業や金属加工業の圧延などの工程で発生する油と水が付着した金属スケールや、金属の研削又は研摩の工程で発生する油が付着した金属粉などの粉体の脱油及び脱水処理に関するものである。背景技術

製鉄業や金属加工業では、鉄、アルミ、銅などの主成分とする金属材料の加工時に発生する切り粉や研削粉、鋼材の加熱や熱間圧延時に発生するスケール、金属表面加工の研摩材などの粉体が大量に発生している。これらの粉体は、加工時の表面潤滑や圧延時の機械潤滑に用いる油などが付着している状態となっているものがある。

これらの油付着粉体は、種々の発生起因があるが、一般的に、粒径が 2 μ m〜数 mmであり、表面には潤滑油等が付着している。これらの粒子に付着している油の比率は種々あるが、一般的には、 1 〜 10質量％である。

油が付着した粒子の例としては、金属材料の加工時に発生する研摩粉や研削粉がある。例えば、金属切削の工程では、潤滑のために、金属材に鉱物油などをかけながら、ビット等で研削することから、これの粉には多量の油が付着している。研摩粉や研削粉は、 0. 1 〜数 mmの粒径であり、付着油比率は 1〜10質量％程度である。なお、油の種類としては、水溶性油と水溶しない鉱物油がある。

研摩粉や研削粉（以降、これらの粉体を削り粉と称す）を金属原料としてリサィクル利用する際に、この油が障害となることから、主として、湿式の脱油処理を行っている。まず、油が付着した削り粉に水を加え、混合スラリーを作る。この混合スラリーに、界面活性剤を添加して、これを撹拌することにより、削り粉に付着している油を水に混ぜこむ。この状態のスラリーの水を切った後に、 ^度、水洗することにより、付着油を除去する。この処理により、油を除去した後の削り粉を電炉ゃ転炉等の金属の溶解精鍊炉でリサイクル使用している。

また、加熱圧延時に発生するスケールは、高温の鋼片ゃ金属片を機械的に加工する工程で発生する。この工程では、鉄やその他の金属の表面が酸化して形成されるスケールが発生する。例えば、鋼材の熱間圧延工程では、加熱炉で、鋼片を 1100〜： L200°Cに加熱して、これを金属口ールにて圧延して成形することにより、薄板鋼板や形鋼などを製造している。この際には、鋼片の表面から比較的多い量のスケールが発生する。この際のスケール量は、鋼材 1 トン当たり 20〜50kgとなる。通常は高圧水の噴射により、このスケールを鋼片から除去する。この操作をデスケーリングとよんでいる。デスケーリングで除去されたスケールは水とともにピットに集められて、ここで沈殿する。，

一方、金属の圧延工程では、機械の回転や摺動を円滑にするために、潤滑油を使用する。この潤滑油は機械部品の接合部から少量であるが漏れ出している。この漏出した潤滑油も、デスケーリングに用いられた水の排水とともにピットに集められている。

この結果、ピット内には、潤滑油とスケールの両者が流入する。ピット内では、まず、サイズが 0. 2〜数 mm程度の粗いスケールは、ピット内の上流部に沈殿する。この部分は潤滑油の滞留も少ない部分であることから、スケールの油付着量は低く、 0. 4質量％以下である。一方、約 0. 2mm未満（平均粒径は 2〜75 μ m ) の微粒スケールは、ピット内の下流部に沈殿する。また、潤滑油もピット内の下流部で微粒スケールとともに蓄積される。その結果、微粒スケールには 4〜10質量％もの潤滑油が付着した状態となる。また、このスケールは微粒であるため、多くの水が付着しやすい性質を持っている。その結果、ピットから回収される際には、付着水分比率が 40〜 55質量％の状態である。この多量の水分も、油とともにリサイクル上の問題となる。

スケールのうち、粗いスケールは油と水の付着率が低いため、リサイクル上の問題が少なく、鉱石の焼結装置を経由して高炉の原料として、または、直接的に電気炉の原料としてリサイクルされている。一方、潤滑油が付着しているような油を含む微粒スケール（以降、油スケールと称す）をそのまま焼結装置や電気炉でリサイクル使用することは困難である。なぜならば、混在している油がこれらの装置内で、蒸発や燃焼してしまい、排ガスの処理が困難となる問題があるためである。

そこで、油スケールから付着している油を除去することにより、これをリサイクル利用できるようにする操作が行われている。この方法としては、加熱燃焼式と湿式の 2方式がある。まず、加熱燃焼式では、油スケールをロータリーキルンなどで加熱して油を燃焼させる。水と油が付着した汚泥状の油スケールを内燃式のロータリ一キルンに入れて、 500〜900°Cに加熱して、油スケールの付着油を燃焼して、除去する。また、従来の湿式処理では、例えば、特開昭 5 1 - 91817号公報のスラッジの処理方法に開示されているように、界面活性剤などの薬剤を添加してある水溶液を用いて湿式油分離を行う方法がある。これは、油スケールを混合槽で界面活性剤等を混合している水とともに撹拌して、付着している油を分離するものである。

削り粉の脱油処理については、従来技術では、主として、湿式の脱油処理を行っている。まず、油が付着した削り粉に大量の水を混合してスラリーとし、このスラリーに、界面活性剤を添加して、これを撹拌することにより、削り粉に付着している油を水に混ぜていた。この操作により、削り粉に付着している油を水に溶かし、その後に、油が溶けた水を流して、分離して、更に、水で洗い流して、削り粉に付着している油分の大半を除去していた。

この方法では、大量の水で油を洗い流して油を除去するために、粒子の真容積の 10〜20倍の水が必要である。このため、油を含んだ大量の汚染水を処理しなければならない。したがって、この方法の処理では、粒子から油を除去した後に、この多量の油汚染水を処理することが原因で、多額の処理費用がかかるという問題があった。

また、粒子洗浄の水量が多いことから、油を分散させるための界面活性剤の必要量も多く、このための費用も多くかかるという問題もあった。したがって、従来の技術での削り粉からの油除去方法は、経済的な脱油方法ではなかった。

次に、油スケールの処理についても、従来技術では、種々の問題があった。まず、油スケールを焼成する方法では、スケールの油残留率を確実に 0. 1質量％以下にできる。しかし、炉內で油を燃焼させるため、汚れた排ガスの処理装置が複雑となり、排ガス処理費用や装置の建設費が高いという問題があった。また、特に、油スケールは、付着比率が 50質量％程度というように水分が多量に付着していることから、水分蒸発の熱量のためのエネルギー消費が大きく、このためのエネルギーコストも多額であるという問題があった。一方、湿式油部分離法、例えば、特開昭 53- 23830公報に記載されている含油スラッジの処理方法においては、油スケールと界面活性剤等の薬剤入り水溶液とを混合する装置、油分離装置、水からのスケールの分離槽等の装置群を連結した構成を用いるものである。この方法での処理装置の建設費は燃焼法と比較すれば安価なものの、それでも、複雑な構成の装置が必要であり、設備建設の費用が高かつた。また、削り粉の脱油の場合と同様に、付着油の分離に、スケ一ルの真容積の 10〜20倍と大量の水を必要とする。この結果、大量の界面活性剤を必要とすることから、界面活性剤の費用が高価であり、処理費用が高価であった。さらに、油除去後にスケールを脱水することが必要であつたが、脱水機の処理条件も十分に研究されていなかつたことから、脱水後の微粒スケールの水分が高いという問題もあった。

このように、湿式油分離法は原理的に優れているものの、従来技術の装置は複雑な構成になっており、かつ、ランニングコストが高いという問題があった。その結果、種々の方法が提案されているものの、現在まで、油スケールの実際の脱油処理に用いられることはほとんどなかった。特に、従来技術では処理条件が確立されていなかったので、 10 μ m程度以下の微細な粒子の脱水は、遠心分離装置を使っても、十分な脱油 ·脱水が行えていなかった。

特開平 2002-1396号公報には、酸化鉄を主体とした固形成分のほかに油分および水分を含有してなる製鉄スラジを、遠心分離することにより製鉄スラッジ中の固形成分を濃縮し、次いで、固形分が濃縮したスラジを乾燥して、得られた乾燥スラジを鉄鋼の精鍊工程の副原料として利用することが開示され、スラリー状のスラジを 900 ~ 2000 Gで遠心分離する例が示されている。

しかしながら、この方法においては、固形分が濃縮されたスラジの水分が 20 %を超えており、精鍊工程の副原科として使用するために、さらに乾燥処理を必要としている。したがって、乾燥処理のためのエネルギーが必要であり、エネルギーコストも多額になると'言う問題がある。

したがって、これらの従来技術の欠点を改善して、かつ、湿式油分離法の有利な点を活かす新しい方法が求められていた。つまり、油が付着した粒子の脱油処理のために、比較的単純な装置構成で、かつ、処理費用の安価な新しい技術が求められていた。発明の開示

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

( 1 ) 油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子と水とからなるスラリーを撹拌するスラリー撹拌槽と、重力加速度,の 300倍以上の遠心力を発生できる遠心分離装置と、前記撹拌槽の内容物を前記遠心分離装置までスラリ一輸送する手段とを設けたことを特徴とする油付着粒子の処理装置。

( 2 ) 添加剤を供給する装置を、前記スラリー撹拌槽に接続したことを特徴とする（ 1 ) 項に記載の油付着粒子の処理装置。，

( 3 ) 前記遠心分離装置は、回転軸を中心に回転する、一方の端部方向に狭くなるテーパーを有する円筒型外筒と、当該円筒型外筒の内部に設置された排出スクリューとを有し、かつ当該円筒型外筒にスラリ一を供給するスラリ一供給口が当該回転軸部に設けられ、当該排出スクリユーが当該円筒型外筒の回転数に対して差速を持つて回転しながら、当該円筒外筒の内面に沈殿した粉体をテーパー狭くなっている方向に送る機能を有する遠心分離装置であることを特徴とする（ 1 ) 項又は（ 2 ) 項に記載の油付着粒子の処理装置。

( 4 ) 前記遠心分離装置回転軸の方向は、重力の作用する方向と 25° 以内の角度差であることを特徴とする（ 3 ) 項に記載油付着粒子の処理装置。

( 5 ) 油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子と、当該粉体粒子の真容積に対して 350%以上の容積比率の水とを混合して流動性のあるスラリ一を形成し、スラリ一撹拌槽内で当該スラリ一を撹拌した後に、遠心分離装置にて、当該スラリーに重力加速度 G の 300倍以上の遠心力を作用させて処理することを特徴とする油付着粒子の処理方法。

( 6 ) 前記遠心分離装置内部で前記スラリ一に作用する遠心力と、前記遠心分離装置内部での粉体粒子の滞在時間との積が、 10,000 G * 秒以上であることを特徴とする（ 5 ) 項に記載の油付着粒子の処理方法。

( 7 ) 前記油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子が、鋼材の圧延工程で発生した油が付着している平均粒径が 75 μ m以下のスケールであることを特徴とする（ 5 ) 項に記載の油付着粒子の処理方法。

( 8 ) 前記粉体粒子の平均粒子径が 12μ m以下であり、かつ、前記遠心分離装置において、前記スラリーに作用させる遠心力が、重力加速度 Gの 1500倍以上であることを特徴とする（ 5 ) 項に記載の油付着粒子の処理方法。

( 9 ) 前記遠心分離装置内部で前記スラリ一に作用する遠心力と、前記遠心分離装置内部での粉体粒子の滞在時間との積が、 20,000 G ·秒以上であることを特徴とする（ 8 ) 項に記載の油付着粒子の処理方法。

(10) 前記スラリ一撹拌槽内部での前記スラリー 1立方メートルあたりの撹拌動力が、 0.4キロヮット以上であることを特徴とする

( 5 ) 項に記載の油付着粒子の処理方法。

(11) 前記油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子に、 pH 9以上の水を混合して流動性のあるスラリ一を形成し、当該スラリーを撹拌した後に、前記遠心分離装置で処理することを特徴とする（ 5 ) 項に記載の油付着粒子の処理方法。

( 12) 前記 pH 9以上の水に、界面活性剤を添加することを特徴とする（11) 項に記載の油付着粒子の処理方法。

( 13) 前記スラリーの温度を 50°C以上として、前記遠心分離装置で処理することを特徴とする（ 5 ) 項に記載の油付着粒子の処理方法。図面の簡単な説明

図 1 は、遠心分離装置の遠心力と微粒スケールの装置内滞在時間との積と微粒スケールの脱油率の関係を示す図である。

図 2は、本発明を実施する油が付着した微粒スケールから油を除去する装置の全体構成を示す図である。

図 3は、本発明で用いる遠心分離装置の 1例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

本発明者らは、水と混合した状態の油が付着している金属や金属化合物の粒子（以下、簡単に粒子と称す）を脱油する方法を研究した。この研究の結果、処理条件を適正に整えれば、遠心分離装置で脱水すると同時に脱油することができることを見出し、この方法であれば、湿式処理でも、単純なプロセス構成で、かつ、安い費用で、粒子の油除去が可能であることを見出した。

本発明者らは、油付着粒子と水のスラリ一を適正な条件で撹拌して、このスラリ一を濾布を使用レないタイプの遠心分離装置で水と油を分離する、新しい方法を発明した。なお、本発明者らの実験は、平均粒径が 2〜75 μ mの鋼材圧延時の微粒スケール、平均粒径が 1〜50 μ mのチタンの研削粉、平均粒径が 0.：！〜 2 mmの超硬合金の研削粉、及び、平均粒径が 10〜： L00 μ πιの研磨材の粉に、油が付着したもの、更に、平均粒径が 5〜25 μ mの鉄粉と鉱物油の混合物で行った。本発明はこれらの粒子すべてで有効に機能することも確認した。

本発明者らは、まず、粒子から油と水を効率的に除去するためには、油の付着している粒子を含むスラリ一を撹拌する条件と脱水の条件が適正であることが重要であることを解明した。油の付着している粒子を含むスラリ一を撹拌する条件のうち、粒子と水の混合比率と撹拌力の強さが最も重要であり、また、スラリーの撹拌強度と、水の p Hや界面活性剤の存在が重要な要件である。

まず、脱油処理の前に、油付着粒子のスラリーの撹拌状態を良くして、粒子を分散させる必要がある。粒子がスラリー内で凝集していると、その後の遠心分離装置での処理の際に脱油効率が低下する。そこで、粒子がよく分散しているスラリーを製造する。粒子の分散には、水分の混合比率を多くすることが必要である。すなわち、水の容積が粒子の真容積の 350 %以上となると、撹拌操作を適正にすることにより、油が付着している粒子を良好に分散させることができる。したがって、本発明の処理条件としては、油が付着している粒子の真容積に対する水の容積の比率を 350 %以上として、スラリ一を機械的に撹拌することにより、スラリー内部で粒子を分散させる。また、 500容積％以上の水の混合比率では、やや撹拌条件が悪い状態でも、粒子が良く分散されている。したがって、粒子に対する水の混合比率を 500容積％以上とすると、更に良い。従来法の湿式脱油処理においては、粒子の真容積に対する水の容積比率は 10 00〜 2000 %であることから、本発明の方法では、スラリーに含まれる水の比率は大幅に少なくなる。なお、粒子の真容積は、単一粒子の容積の総和で定義するものである。

また、スラリー内の粒子を分散させるためには、スラリーの機械的撹拌の条件を整えることも重要である。スラリ一の撹拌動力が大きいほど、粒子の分散が良好となる。本発明者らは、粒子に対する水の容積比率 350 %以上の条件では、スラリー撹拌動力をスラリー 1立方メートル当たり 0. 4キロワット以上とすると粒子の分散状態が良好となることを見出した。

以上の方法で製造した粒子が分散されたスラリーを、遠心分離装置の内部で脱水すると同時に脱油する。遠心分離装置の内部では、スラリー全体に遠心力がかかり、水よりも比重の重い粒子は、回転軸から遠い方向に、押し付けられる。この過程で、水よりも比重の小さい油は、回転軸に近い方向に移動する。遠心分離装置では、この操作の後に、固液を分離することにより、スラリーを水と油の混合液体と粒子とに分ける。

本発明者らは、遠心分離装置で、スラリーに作用する遠心力の強さが粒子の脱油率に対して影響する度合いを調査した。本発明者らが行った実験結果の例を示す。図 3で示した遠心分離装置を用いた実験では、遠心力を重力加速度 G ( 9. 8m / s ² = 1 G ) の 200倍（ 200 G ) から 4，000倍（4，000 G ) まで変化させて、遠心分離装置から回収された微粒スケールの油分の付着比率を調査した。なお、図 3に示した装置の概要は後で述べる。油が 6. 4質量％付着している微粒スケールを脱水かつ脱油した実験では、 200 Gの場合は、脱油率は 55 %しかなかった。また、この遠心力では、遠心分離装置内の微粒スケールの滞在時間を延長した実験でも脱油率はほとんど変化しなかった。一方、 300 Gの遠心力の場合は、微粒スケールの遠心分離装置内での滞留時間が 20〜30秒と短い場合は脱油率が 50〜60 % と低いものの、滞留時間が 100秒の処理では、脱油率が 80 %と良好であった。また、遠心力が 800 G以上の場合は、微粒スケールの遠心分離装置内の滞留時間が数十秒でも脱油率は 70〜 90 %と良好であつた。

この現象が起きたのは、あまり弱い遠心力では、油の浮力が油と微粒スケールとの親和力に打ち勝つことができず、比較的長時間でも脱油が進行しないものの、 300 G以上の強い遠心力の場合は、スラリーに十分な力が働き、適正な時間をかければ、粒子からの脱 ,油が可能であるためである。

このように、スラリ一中の粒子の遠心分離装置内の滞留時間も粒子からの脱油率に影響することから、本発明者らは、次に、スラリ一中の粒子の遠心分離装置内の滞留時間が脱油率に与える影響を調查した。遠心分離装置の内部には、遠心力で液体中の粒子を沈降させて、これを濃縮する部分と、堆積した粒子と液体を分離する部分が存在する。この遠心分離装置の機構から考察すると、本発明の方法の場合は、油と水混合液中を粒子が沈降する過程で、強力な遠心力により粒子から油が剥ぎ取られる。つまり、遠心分離装置のスラリーを保持する部分で、回転軸に近い順に、油層、水層、及び、粒子濃縮層と並ぶ。この時の液内の粒子沈降速度は、粒子と油に作用する力（遠心力に比例する）と時間に影響される。

また、固液分離の過程では、粒子間の液体にかかる圧力が粒子間を水と油が流れる速度を決める要因であり、また、圧力は遠心力に比例する。また、この固液分離の過程では、液体分離の度合いは.経過時間に比例する。したがって、遠心力と粒子の遠心分離装置内部の滞在時間との積（以降、遠心力 · 時間積と称す）は、微粒スケールからの脱油率に対して影響する重要な物理的パラメーターであるといえる。

そこで、本発明者らは、遠心脱水装置を用いて、脱油に有'効な遠心力の範囲である 300〜3，000 G の範囲で、遠心力 · 時間積を変えながら、微粒スケールから脱油する際の脱油率を調査する実験を行つた。この結果を図 1 に示す。この図 1 に示すように、遠心力 · 時間積が 8，000 G · 秒を超えたあたりから、脱油率が良好となり、さらに、 10，0OO G ' 秒以上では、 80〜85 %以上の脱油率が達成できた。また、遠心力 · 時間積が 15，000 G · 秒以上であると、更に、良好となり、 20，000〜30，OOO G ·秒からは効果がほぼ飽和することも判つた。したがって、望ましくは、遠心力 . 時間積を 10，OOO G · 秒以上とすることも本発明の一つである。油が付着している削り粉や研磨材粒子の脱油処理でも、遠心力 · 時間積が脱油条件に与える影響について、実験で確認したが、やはり、遠心力 · 時間積が 10，000 G • 秒以上であれば、脱油率が良好であった。

また、遠心力 · 時間積が 10，000 G · 秒以上の条件では、遠心分離装置から排出された粒子の付着水分が低下しており、次工程での処理が容易となる利点もある。例えば、油が付着した平均粒径が 19 μ mの微粒スケールの脱油 . 脱水処理では、 1，000 Gの遠心力で、かつ、遠心力 · 時間積が 11，000 G ·秒の条件では、微粒スケールの付着水分が 11質量％と低水分となり、その後の乾燥処理なしで、プリケット成形装置での成形処理が行える効果も確認されている。

ただし、本発明者らは、粒子径が 12 111よりも小さい粒子から脱水 ·脱油する際には、強い遠心力が必要であることを見出した。粒子径が小さい場合は、比表面積が大きく、粒子表面に油が付きやすいとともに、粒子間に水を蓄えやすいことから、本発明での遠心力の弱い条件では、脱油と脱水が不十分であることも見出した。このような微細な粒子から脱水と脱油を行う場合は、 1500 G以上、望ましくは、 2000 G以上の遠心力が必要である。また、遠心力 · 時間積も 20，000 G . 秒以上であることが良好な処理の条件である。次に、本発明者らは、粒子を分散させている水の物性などが粒子の脱油効率に与える影響を調査した。油と水の親和状態に影響する主たる要因である、水の pHの影響について調べた。この結果、スケールに付着している潤滑油などは、アルカリ性の水溶液中では、油と水の親和性が改善されて、いっそう粒子から分離しやすくなる。本発明者らが、スケールから油が分離しやすい条件を探索したところ、水の pHが 8. 5を超えると、油が分離しやすくなり、 pHが 9以上では、油分離が良好となる。なお、 pHは水中の水素イオン濃度を示す値で、水素ィオン濃度の常用対数の符号を逆転させたものである。

アルカリ性の水溶液中での油分離を、更に、向上する策として、 pH 9以上の水に界面活性剤を添加することが良い。粒子から鉱物油を脱油する場合は、界面活性剤としてノニオン系有機化合物を添加することが有効である。なお、ノニオン系有機化合物としては、ノ -ノレ . エチレン · ォキサイドゃノニノレフエノーノレ . プロピレン . ォキサイドなどを用いる。ノニオン系有機化合物の添加比率は、水に対して 0. 3質量％以上の比率で混合すると特に有効である。また、本発明の効果として、処理する水の粒子に対する比率が少ないため、たとえ、界面活性剤を使用する場合でも、従来の湿式脱油方法よりも界面活性剤の添加量が大幅に少なくなる効果がある。

また、遠心分離装置の内部で、スラリーの温度を高くすることも効果がある。これは、温度が高くなると、油の粘度が低くなり、粒子からの油分離が良くなる。また、スラリー温度が高くなると、水の粘度も低下し、粒子からの水の分離も容易になる効果もある。本発明者らは、スラリー温度が 50°C以上であれば、この効果が現れることを実験で確認した。特に、脱油率を向上させたい場合は、スラリ一温度を 80°C以上とすることが好ましい。本発明者らは、本発明の方法を用いて、水溶性油が付着している粒子からの脱油処理を遠心分離装置で行う方法についても、研究した。水溶性油は水との親和性が良いため、粒子がよく分散されたスラリ一を製造して、これを固液分離が良好に行える条件とすれば、本発明の条件で問題なく脱油できる。つまり、撹拌時の粒子に対する水の混合比を 350容積％と適正にして撹拌することと、遠心分離装置での遠心力の強さを 300 G以上にすることにより、脱油ができる。また、遠心力 · 時間積を適正値である 10，000 G · 秒以上とすれば良い。スラリ一の温度を 50°C以上とすることも効果がある。

次に、本発明の方法を実施する装置の例を図 2に示し、本発明の油付着粒子を脱油する装置と方法を説明する。この装置は、主として、スラリー撹拌槽 1、添加剤供給装置 2、スラリー輸送ポンプ 3 、スラリー配管 4、遠心分離装置 5、水油分離装置 6および水添加装置 7から構成される。

まず、スラリー撐拌槽 1 の中で、 1〜10質量％の比率で油が付着している金属又は金属化合物の粒子と水のスラリ一を形成する。このスラリーでは、粒子の真容積に対する水の容積比率は 350 %以上とする。また、効率的な撹拌ができない場合などは、水の比率が 5 00容積％以上であることが、更に、望ましい。

スラリー撹拌槽 1 の中で、このスラリーを十分に撹拌する。この際のスラリー撐拌方法は、インペラ一による撹拌、噴出水による撹拌、スラリ一撹拌槽 1の底からの空気を吹き込むなどの方法があるが、いずれの方法でも良い。ただし、良好な撹拌を実施するには、スラリ一の撹拌動力はスラリー 1立方メートル当たり 0, 4キロヮット以上とするのが好ましい。

必要があれば、添加剤供給装置 2を用いて、スラリーにアルカリ源を添加する。アルカリ源がいずれのものでも良いが、ソーダ灰、珪酸ソーダ、燐酸ソーダ、メタ珪酸ソーダ、消石灰の水溶液を用いることが経済的である。アルカリ源の添加により、スラリー撹拌槽

1内のスラリ一水の _PHを 9以上とすると脱油の効果は大きくなる。また、界面活性剤を添加する場合も、添加剤供給装置 2を使用するスラリー輸送手段は、基本的に、スラリー配管 4 とスラリー輸送ポンプ 5 とから構成されており、スラリ一撹拌槽 1内で良く撹拌されたスラリーを、スラリー配管 4を経由して、遠心分離装置 5まで、スラリー輸送する。スラリー輸送の動力は、スラリー輸送ポンプ 3で与える。

遠心分離装置 5にて、スラリ一を水と油を比較的多く含む溶液部分と、水分と油分の付着比率が低下した粒子に分離する。遠心分離装置 5はフィルターを用いない型式であれば、いずれのものでも良いが、発生させる遠心力は、重力加速度の 300倍以上であることが必要である。フィルターを用いない装置を用いる理由は、本発明で取り扱うスラリーには油が混在しているため、フィルターが油で目詰まりする問題が生ずるためである。

幾種類かの遠心分離装置の型式があるが、特開平 9- 215946号公報、登録実用新案公報 3024355号公報などに開示されているように、図 3に示す構造の遠心分離装置が本発明に最も適したものである。当該遠心分離装置は、スラリー供給管 8、スラリー供給口 9、高速回転する円筒型の外筒 10、および、外筒 10の内部面に沈殿してきた粉体を搔き出す排出スクリュー 11、分離後の液体排出部 12、および、粉体排出口 13から構成されている。なお、外筒 10は、粉体排出口 13方向に狭くなるテーパーを有している。外筒 10は、毎分、 1 , 2 00〜4，000 回転で高速回転しており、 300〜3，000 Gの遠心力を発生させている。また、外筒 10と排出スクリュー 11には回転数に差速がついている。この差速は毎分 1〜30回転程度である。

上記に説明した遠心分離装置の型式のうち、図 3に示される遠心分離装置において、外筒 10の回転軸がほぼ鉛直方向、つまり、重力が作用する方向、を向いているものを用いると、本発明の効果が大きくなる。回転軸がほぼ鉛直方向を向いていると、スラリー給ロ 9からのスラリ一の供給が外筒 10の円周に対してほぼ均一になる。この結果、スラリ一が外筒 10に当'たった時の粒子の分散状態が変化することを最小限に押さえられる効果がある。更に、粒子の付着水分が低くなると、縦型の遠心分離装置 5の場合は、粉体排出口 13からの粒子の排出が容易となる効果もある。また、この遠心分離装置では、装置が重力によってたわむ問題がないため、機械部品の設置時の寸法精度が高いことから、固液分離性能の良い装置を製作できる効果もある。なお、回転軸の向きは、重力の作用する方向との角度の差が 25° 程度以内であると良い。

油付着粒子を含むスラリーは、スラリー供給管 8を経由して、スラリー供給口 9から、外筒 10内に放出される。外筒 10には、遠心力がかかっていることから、スラリ一は外筒 10の内面に押し付けられる。一般に、本発明の方法で処理する粒子の真比重が 3〜 8 kgZリットルと大きいため、粒子は遠心力の作用により、外筒 10の内面方向に沈殿する。また、水と油は、比重が l kgZリットル前後と軽いため、外筒 10の内面から離れた回転中心の方向に向かい、水 · 油から粒子が分離する。また、油の比重は 0. 9kgZリットル前後と水よりも軽いため、水層よりも外筒 10から遠い位置に浮く。この水と油の混合物は、排出スクリュー 11の間を図 3の上方向、つまり、液体排出部 12の方向に流れていく。一方、外筒 10の内面に沈殿している微粒スケールは、排出スクリュー 11で、図 3の下方向に搔き出される。この結果、粒子は、外筒 10のテーパー部で液体と分離される。その後に、粒子は粉体排出口 13から排出される。

遠心分離装置 5の内部で粒子の滞在時間で 10〜300 秒間、液体と粒子の分離操作を受けて、粒子に付着していた油が除去される。粒子の滞在時間は、排出スクリユー 11の外筒 10との差速で調整する。一般に、差速が毎分 1回転の場合は、約 300秒の粒子滞在時間、また、差速が毎分 30回転の場合は、約 10秒の粒子滞在時間となる。この差速の範囲であれば、遠心力 ' 時間積が 10，000 G · 秒以上となる。

この処理を終えた粒子の脱油率は 70〜90%であり、また、処理後の粒子に付着した水分は 4 〜18質量％となる。一方、従来技術での湿式脱油処理で、同程度の脱油率の処理を行った場合は、処理後の粒子は 20〜50質量％の水分が付着していることから、本発明の方法で得られた粒子の付着水分は低いという長所がある。したがって、本発明で得られた粒子は、この後の乾燥処理なしで、リサイクル利用が可能となる。

遠心分離装置 5から分離された水と油の混合物は水油分離装置 6 に移されて、ここで、水から油を分離する。分離された水はアル力リ分や添加剤などの有効成分を含んでいるために、この一部をスラリー撹拌槽 1に戻すこともある。また、水油分離装置 6で分離された油は再利用するか、廃油として処理される。実施例

本発明の装置と方法を用いて、油スケール、チタンの削り粉、および、鋼材の削り粉の、 3種類の粉体に油が付着しているものを処理した。この結果を表 1に示し、また、本発明の条件を外れた処理の結果も比較例として、表 1 に示す。なお、これらの粒子を処理する装置の全体構成は図 2、また、遠心分離装置の型式は図 3に示すものである。

圧延油が 6. 4質量％付着している微粒スケールを脱水 ·脱油した処理操業の結果を実施例 1〜 3 として示す。微粒スケールの平均粒径は、 19 μ πιで、また、付着水分は 57質量％であった。

〔表 1〕

実施例 1 の操業では、 pH調整をしていない水と微粒スケールから構成されるスラリ一を処理する操業の例である。スラリ一撹拌槽 1 で、粒子の真容積に対する水の混合比率を 420容積％に調整した。スラリ一撹拌槽 1 の中でのスラリ一の撹拌は、ィンぺラーでスラリ一撹拌槽 1の中心部に下降流を作って行った。この時の撹拌動力は、スラリー 1立方メートル当たり 0. 58キロワットであった。この撹拌が終了したスラリーを遠心分離装置 5に送った。遠心分離装置 5 の内部で、スラリーに作用する遠心力は 1，000 Gであり、また、遠心分離装置 5の内部での粒子の平均滞在時間は 9秒であった。つまり、遠心力 · 時間積 9， 000 G ·秒であった。

この処理後、微粒スケールの油付着率は 1. 6質量％であり、脱油率は 75 %であった。また、微粒スケールの水付着率は 12質量％であつた。このように、本発明の方法を用いることにより、 pH調整をしていないスラリ一を処理する場合であっても、良好な脱油率と脱水率を達成できた。

実施例 2の操業では、 _PH調整をしていない水と微粒スケールから構成されるスラリ一を遠心力 · 時間積が 10，000 G · 秒以上の条件で、処理する操業の例である。粒子の条件、スラリーの水比率、スラリーの撹拌条件は実施例 1 と同じであった。一方、遠心分離装置 5 の内部で、スラリーに作用する遠心力は 1 , 000 Gであり、遠心分離装置 5の内部での粒子の平均滞在時間は 24秒であったことから、遠心力 · 時間積は 24，000 G ♦ 秒であった。

この処理後、微粒スケールの油付着率は 1. 1質量％であり、脱油率は 83 %であり、また、微粒スケールの氷付着率は 8質量％であつた。この結果は、実施例 1 よりも良好であった。このように、本発明の方法で、遠心力と粒子の滞在時間を適正にすれば、 P H調整をしていないスラリーを処理する場合であっても、高い脱油率と脱水率を達成できた。

次に、実施例 3 として、ソーダ灰とメタ珪酸ソーダの混合物を用いて、油が付着した微粒スケールを含むスラリ一の pHを 10. 6に調整した操業例を示す。微粒スケールの条件は実施例 1および 2 と同一である。スラリー撹拌槽 1では、粒子の真容積に対する水の混合比率が 450容積％であり、また、撹拌動力はスラリー 1立方メートル当たり 0. 55キロワットであった。遠心分離装置 5での処理条件は、遠心力が 1， 000 Gであり、遠心分離装置 5の内部での微粒スケールの平均滞在時間は 22秒であった。したがって、遠心力，時間積は 22 ，000 G · 秒であった。

この結果、処理後の微粒スケールの油付着率は、 0. 78質量％になつていて、脱油率は 88%であった。また、水付着率は、 9質量％まで低下していた。このように、本発明の方法で、スラリーの水の pH を高くすることにより、更に良好な脱油率を達成できた。

次に、実施例 3に示される油付着微粒スケールのスラリーの水に対して 0. 7質量％の比率で、ノニル ' エチレン ' オキサイドを添加したものを処理した結果を、実施例 4 として示す。水の pH、スラリ一撹拌槽 1 での撹拌条件、及び、遠心分離装置 5の処理条件は実施例 1 と同一であった。この結果、処理後の微粒スケールの油付着率は 0. 37質量％に、また、水付着率は 8質量％まで低下していた。実施例 1から 4の処理で得られた微粒スケールを製鉄所内の鉄鉱石焼結工程で粉状の鉄鉱石に混合して使用したが、いずれも操業上の問題もなく、. 高炉原料用の焼結鉱として利用できた。

実施例 5に、粒子径が小さい微粒スケールを処理した例を示す。この微粒スケールの粒子径は 6. 8 μ πιであり、油付着率は 9. 7質量 %であった。水との混合や撹拌などの条件は、実施例 1 とほぼ同一である。ただし、粒子径が小さいことから、 300〜1500 G程度の遠心力では、脱油と脱水が十分ではなかった。したがって、遠心力を 2500 Gとして、かつ、粒子の遠心分離装置内の滞在時間を 18秒とした。この条件での遠心力 · 時間積は 45，000 G · 秒であった。この処理により、微粒スケールの油付着率は 1. 3質量％となり、脱油率は 87%であった。このような特に微粒子のスケールの場合は、遠心分離装置を用いた一般的な脱水 ·脱油処理での脱油率は 50〜70%程度である。また、水付着率も 11質量％まで下がっていた。

したがって、従来技術を大幅に上回る脱油率を達成できた。

油が付着しているチタンの削り粉を処理した結果を実施例 6 として示す。粒子の平均径は 7 μ mであり、潤滑油が 8. 8質量％付着していた。スラリー撹拌槽 1の内部で、この粒子の真容積に対して、 600容積⁰ /oの水が混じったスラリ一を作った。スラリ一の撹拌条件は、スラリー 1立方メ一トル当たり 0. 55キ口ワットの撹拌動力であつた。なお、スラリーの水には、アルカリ源や界面活性剤は添加しなかった。遠心分離装置 5での処理条件は、遠心力が 2，000 Gであり、遠心分離装置 5の内部での微粒スケールの平均滞在時間は 12秒であった。したがって、遠心力 ' 時間積は 24， 000 G · 秒であった。

この結果、処理後の微粒チタン削り粉の油付着率は 1. 1質量％になっていて、脱油率は 88%であった。また、水付着率は 7質量％まで低下していた。その後の簡単な処理で、チタン原料として使用できた。

鋼材の削り粉を処理した結果を実施例 7 として示す。粒子の平均径は 150 /z mであり、水溶性油が 7, 9質量％付着していた。スラリ一撹拌槽 1の内部で、この粒子の真容積に対して、 680容積％の水を混合したスラリーを作った。スラリーの撹拌条件は、スラリー 1 立方メ一トル当たり 0· 92キ口ワットの撹拌動力であった。

なお、スラリーの水には、アルカリ源や界面活性剤は添加しなかつた。遠心分離装置 5での処理条件は、遠心力が 2，000 Gであり、遠心分離装置 5の内部での微粒スケールの平均滞在時間は 19秒であつた。したがって、遠心力 · 時間積は 38，000 G · 秒であった。

この結果、処理後の鋼材削り粉の油付着率は 0. 8質量％になっていて、脱油率は 90%であった。また、水付着率は 4質量％まで低下していた。回収された削り粉は、そのままの状態で、製鉄原料として、電気炉で利用された。

従来技術での粒子からの脱油処理で、微粒スケールから油を除去する処理の結果を比較例として示す。処理方式は、界面活性剤を用いた湿式処理である。微粒スケールは、実施例 1から 4で用いたものと同じである。この処理では、混合容器の中で、粒子真容積の 1400容積％の水を混合して、スラリーを作った。このスラリーに、ソーダ灰とメタ珪酸ソーダの混合物を添加して、 pHを 11. 6に調整した。更に、ノ -ル • エチレン · ォキサイドを水に添加した。添加率は、水に対して、 0. 67質量⁰ /。であった。このように、スラリーの pHを高く調整して、かつ、界面活性剤を添加した後に、このスラリーを撹拌した。撹拌後、このスラリーを別の容器に移し、ここでスラリーを静置して、油を浮上させた。浮上時間は、約 12分であった。その後、この容器の底にたまった粒子の多い部分を抜きだして、沈殿用のシックナーで濃縮して、その後に、ピット内で沈殿脱水処理をした。

この処理後の微粒スケールの油付着率は 0. 9質量％であり、水付着率は 37質量％であった。つまり、比較例でも、技術的には実施例 3 とほぼ同等の脱油率までできた。ただし、脱水が不十分であったため、この処理の後に、乾燥処理が必要であった。また、脱油率は本発明の実施例と同様に高いが、この処理の用いたアルカリ源と界面活性剤の量は、実施例 4の量の約 3倍であり、処理費用は、実施例 3の処理費用 5倍、また、実施例 4の 2. 5倍であった。このように、従来技術による粒子の油除去は、技術的には可能であるが、費用が多くかかる問題があつたが、本発明の方法によれば、従来技術での処理費用の 20〜40 %のランニングコストで処理できた。産業上の利用可能性

本発明の方法および装置を用いることにより、油が付着している金属または金属化合物の粒子から、燃焼を行わずに、油を除去することができる。本発明の方法では、従来の脱油処理よりも、簡単な設備構成で、ランニングコストも安い、経済的な処理が行える。

Claims

請求の範囲

1 . 油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子と水とからなるスラリーを撹拌するスラリー撹拌槽と、重力加速度の 300倍以上の遠心力を発生できる遠心分離装置と、前記撹拌槽の内容物を前記遠心分離装置までスラリ一輸送する手段とを設けたことを特徴とする油付着粒子の処理装置。

2 . 添加剤を供給する装置を、前記スラリー撹拌槽に接続したことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の油付着粒子の処理装置。

3 . 前記遠心分離装置は、回転軸を中心に回転する、一方の端部方向に狭くなるテーパーを有する円筒型外筒と、当該円筒型外筒の内部に設置された排出スクリューとを有し、かつ当該円筒型外筒にスラリ一を供給するスラリ一供給口が当該回転軸部に設けられ、当該排出スクリユーが当該円筒型外筒の回転数に対して差速を持って回転しながら、当該円筒外筒の内面に沈殿した粉体をテーパーの狭くなっている方向に送る機能を有する遠心分離装置であることを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の油付着粒子の処理装置。

4 . 前記遠心分離装置回転軸の方向は、重力の作用する方向と 25 ° 以内の角度差であることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の油付着粒子の処理装置。

5 . 油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子と、当該粉体粒子の真容積に対して 350 %以上の容積比率の水とを混合して流動性のあるスラリ一を形成し、スラリ一撹拌槽内で当該スラリーを撹拌した後に、遠心分離装置にて、当該スラリーに重力加速度 Gの 300倍以上の遠心力を作用させて処理することを特徴とする油付着粒子の処理方法。

6 . 前記遠心分離装置内部で前記スラリーに作用する遠心力と前記遠心分離装置内部での粉体粒子の滞在時間との積が、 10，000 G · 秒以上であることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の油付着粒子の処理方法。

7 . 前記油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子が、鋼材の圧延工程で発生した油が付着している平均粒径が 75 μ m以下のスケールであることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の油付着粒子の処理方法。

8 . 前記粉体粒子の平均粒子径が 12 m以下であり、かつ、前記遠心分離装置において、前記スラリーに作用させる遠心力が、重力加速度 Gの 1500倍以上であることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の油付着粒子の処理方法。

9 . 前記遠心分離装置内部で前記スラリ一に作用する遠心力と前記遠心分離装置内部での粉体粒子の滞在時間との積が、 20，000 G · 秒以上であることを特徴とする請求の範囲第 8項に記載の油付着粒子の処理方法。

10. 前記スラリ一撹拌槽内部での前記スラリー 1立方メートルあたりの撹拌動力が、 0. 4キロワット以上であることを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の油付着粒子の処理方法。

11. 前記油が付着している金属又は金属化合物の粉体粒子に、 pH 9以上の水を混合して流動性のあるスラリーを形成し、，当該スラリ一を撹拌した後に、前記遠心分離装置で処理することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の油付着粒子の処理方法。

12. 前記 _PH 9以上の水に、界面活性剤を添加することを特徴とする請求の範囲第 11項に記載の油付着粒子の処理方法。

13. 前記スラリーの温度を 50°C以上として、前記遠心分離装置で処理することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の油付着粒子の処理方法。