JPH0634939B2 - 粒体の表面改質方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は母体物質の粒子表面に子物質が付着している被
処理粒体から該子物質を剥離させる粒体の表面改質方法
に関する。

詳しくは、被処理粒体又は被処理粒体と改質媒体とを遠
心流動させて被処理粒体の表面から子物質を剥離させる
方法に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の表面改質方法として、篩分け法のほか、
慣性力利用分級機や回転かご型分級機などを用いた方法
が知られている。第３図〜第５図は従来公知の改質方法
の説明図であり、第３図は篩分け法による概略的な斜視
図である。符号４０は篩であって、篩上に被処理粒体を
供給し、篩上で被処理粒体を上下または前後にそれぞれ
揺動や振動を加えて、被処理粒体同志を擦り合せながら
母体物質と子物質に分離し、分離後は母体物質を篩上残
分として、子物質を篩下としてそれぞれ回収する。第４
図は慣性力利用分級機を利用した場合の改質方法の模式
図であって、被処理粒体を壁面に向って高速で噴出させ
ると被処理粒体が得た運動エネルギで壁面に衝突し、こ
の衝突時の衝撃により子物質が剥離される。この時、同
時に壁面と平行に下方から上方に向って空気を流してお
けば母体物質は空気の流れに抗して落下し、子物質は空
気に同伴されて上方へ搬出される。第５図は回転かご型
分級機を利用した場合の改質方法であって、回転円筒４
１を適度な角度をもたせた状態で回転させながら、回転
円筒４１下方から上方に向かって空気を流し、逆に回転
円筒４１上方に配したシュート４２から回転円筒４１上
部に被処理粒体を供給すると、回転円筒４１内で被処理
粒体同志が擦れながら回転円筒４１下部に向かって搬送
され、母体物質は空気に抗して回転円筒４１下部に流下
し、また子物質は回転円筒４１上部から空気に同伴され
て搬出され、それぞれ分離される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような改質方法では、それぞれ下記のような欠点
を有している。すなわち、篩分け方法における分級方法
では、子物質が硬い場合には子物質の剥離が不十分であ
り、母体物質を製品とする場合は品質が低下しやすい。

慣性力利用分級機による改質方法では、被処理粒体に運
動エネルギを与えて高速で壁面に衝突させるため、母体
物質と子物質の分離効率が悪い場合は何度も繰返し衝突
させねばならず、このため母体物質の変形を招きやす
い。また、被処理粒体が壁面に衝突した際に子物質の一
部が母体物質に食い込んでしまい、子物質を十分に剥離
することができない。そして、これらのために、母体物
質を製品とする場合は品質が低下しやすい。

回転かご型分級機による改質方法では、子物質の剥離効
率が悪い。そして、剥離効率を良くしようとして回転数
を大きくしても同期速度があるために回転数制限があ
り、低速回転を強いられる。また、母体物質から一旦剥
離された子物質が母体物質と共に回転円筒内に長時間滞
留する。このため、せっかく剥離された子物質が再度母
体物質に付着したり、あるいは食い込んだりするため
に、子物質の剥離が不十分になり易い。それで、これら
の結果、母体物質を製品とする場合は品質が低下しやす
い。また、一旦剥離された子物質同志が固まり合うこと
も多い。

さらに、第３〜５図のいずれの従来例にあっても、粒径
が１ｍｍ以下程度の小粒体については表面改質は殆どで
きなかった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、母体物質の粒子表面に子物質が付着している
被処理粒体から該子物質を剥離させる粒体の表面改質方
法の改良に関するものである。

請求項（１）の粒体の表面改質方法では、回転軸心が縦
方向に向いていて、少なくとも中央部分が下方に向って
拡径する皿面を有し、かつ該皿面の縦断面が凹状に湾曲
している形状の回転自在な円状の回転皿と、少なくとも
上部が上方に向って縮径する内壁面を有し、該内壁面の
縦断面が凹状に湾曲している形状であり、前記回転皿と
同軸的に周設されて静止している固定環とを具備し、前
記回転皿の皿面と固定環の内壁面とが、回転皿と固定環
との間の微小隙間を除いて、連続的な円滑面に形成され
ている装置を用いる。

そして、該装置の皿面と内壁面とで囲まれる改質室内に
前記被処理粒体又は被処理粒体と改質媒体とを収容した
状態で回転皿を回転させて被処理粒体の表面から子物質
を剥離させると共に、前記回転皿と固定環との間の微小
隙間から気体を該改質室内に導入し、被処理粒体から剥
離した子物質を気流搬送して改質室外に排出させる。

請求項（２）の回転皿は、皿面の中央部分が下方に向っ
て拡径し、該中央部分にひき続く中間部分では略水平で
あり、該中間部分にひき続く外周部分では上方に向って
拡径する形状を有している。また、前記固定環は、下部
が上方に向って拡径し、該下部にひき続く中間部では略
鉛直であり、該中間部にひき続く上部では上方に向って
縮径する形状を有している。

［作用］ 回転皿の皿面と固定環の内壁面とで囲まれる室内に被処
理粒体又は被処理粒体と改質媒体とを収容し、回転皿を
回転させることで、被処理粒体や改質媒体は回転皿の回
転速度よりも遅い速度で円周方向に公転しながら、皿面
と内壁面を循環する上下方向の円運動をも行ない、これ
ら二つの運動を合成した縄を綯うような螺旋進行運動
（この運動は遠心流動と通称されている。）を行なう。
これにより、被処理粒体同志又は被処理粒体と改質媒体
とが擦れ合い、被処理粒体の表面から子物質が剥離され
る。また、これと平行して回転皿と固定環との間の隙間
から気体を導入するとによって剥離された子物質は気流
搬送されて速やかに室外に排出され、物体物質と分離さ
れる。

本発明で採用している表面改質装置は被処理粒体や改質
媒体を遠心流動させるものであり、被処理粒体表面の摩
砕作用が顕著である。このため、短時間のうちに子物質
が剥離される。そして、導入される空気により剥離され
た子物質が速やかに排出されるので母体物質と子物質と
を効率よく分離できる。

また、母体物質が軟かくて子物質が硬い場合、あるい
は、母体物質が硬くて子物質が軟かい場合でも、装置内
での被処理粒体の滞留時間を変えて、被処理粒体同志又
は被処理粒体と改質媒体との擦れ合いの程度を変えるだ
けで容易に対処できる。

さらに、小径の粒体についても確実に子物質を剥離でき
る。

なお、請求項（２）においては被処理粒体や改質媒体の
遠心流動がより円滑に行なわれるので、表面改質効果が
極めて高い。

［実施例］ 以下、図面を参照して実施例について説明する。

第２図は本発明方法を実施するに好適な装置の側面図、
第１図は要部縦断面図である。

符号１は固定環、２は回転皿である。固定環１は底面が
プレート３で封じられたドラム状ケーシング４の上側に
固設され、該プレート３は脚柱５により支承されてい
る。回転皿２には支持ブロック６が固設され、該支持ブ
ロック６はベアリング装置７を介して前記プレート３に
支持されている。即ち、プレート３の中央部分には開口
８が穿設され、ベアリングハウジング９のフランジ部１
０が該開口８の縁部に係止され、ボルト１１により固定
されている。支持ブロック６の下側には駆動軸１２が連
結されており、該駆動軸１２は継手１３を介して減速機
１４の出力軸１５に連結されている。符号１７は駆動用
の可変速型のモータであり、減速機１４に連結されてい
る。

回転皿２の上側には蓋部材１８が取り付けられている。
該蓋部材１８はその下端外周にフランジ１９を備えてお
り、該フランジ１９が固定環１の上端外周縁に穿設され
たフランジ２０上に載置され、ボルト２１により固定さ
れている。蓋部材１８の中央には排出管２２が設置さ
れ、該排出管２２内は固定環１、回転皿２及び蓋部材１
８で囲まれる改質室２３内に連通している。蓋部材１８
には投入管２４が設けられており、該投入管２４内は改
質室２３内に連通している。

次に、第１図を参照して固定環１及び回転皿２の構成に
ついて詳細に説明する。

固定環１は軸心方向を鉛直方向にして設置された環形状
のものであり、高さ方向の中途部分（以下、中部とい
う。）１ｂが最も拡径している。固定環１は、該中部１
ｂから下方部分（以下、下部という。）１ｃが下方に向
ってわずかに縮径し、該中部から上方部分（以下、上部
という。）１ａは上方に向って縮径している。従って、
該固定環１はその内壁面１Ａは下部１ｃから中部１ｂに
向ってわずかに拡径し、中部１ｂは略鉛直であり、中部
１ｂから上部１ａに向って縮径する形状であり、かつ該
内壁面１Ａは縦断面が凹状に湾曲している。なお、固定
環１の中部１ｂの外周面にはフランジ２５が突設され、
該フランジ２５がケーシング３の上端外周に穿設された
フランジ２６に載置され、ボルト２７により固定されて
いる。

回転皿２の皿面は、中央部分２ａでは下方に向って拡径
する形状であり、該中央部分にひき続く中間部分２ｂで
は略々水平であり、該中間部分２ｂにひき続く外周部分
２ｃでは上方に向って拡径する形状である。この皿面２
Ａは全体として凹状に湾曲しており、前記固定環１の内
壁面１Ａと該皿面２Ａとは固定環１と回転皿２との間の
微小な隙間２９を除いて連続的な円滑面を形成してい
る。

回転皿２の中央部分には尖頭のキャップ３０が装着さ
れ、ボルト３１により止め付けられている。回転皿２の
中央部分には軸孔３２が穿設され、前記支持ブロック６
の上端が該軸孔３２に嵌入されている。上記ボルト３１
の下端は該支持ブロック６の上端に設けられたピース３
３に螺合されている。

なお、図示はしないが固定環１の内壁面１Ａと回転皿２
の皿面２Ａにはそれぞれライナが装着されている。

前記プレート３には空気等の気体の導入口３４が穿設さ
れ、配管３５を介して気体をケーシング３内の気体室３
６に導入可能としてある。

また、前記排出管２２にはバックフィルタなどの粉体捕
集手段（図示略）が接続されている。

このように構成された装置による粉体の表面改質方法の
一例について次に説明する。

予め、改質室２３内には例えば球状のボールからなる改
質媒体が多数挿入されている。まず、例えば、母体物質
の粒子表面にこの母体物質とは異質の子物質が付着して
いる被処理粒体を投入管２４から装置内に投入する。回
転皿２の回転に伴って被処理粒体及び改質媒体は固定環
１の内壁面１Ａと皿面２Ａとを循環する円運動（矢印
Ｓ）と、回転皿２の軸心回りの公転運動との合成による
縄を綯うような螺旋運動（遠心流動）を行ない、その間
で被処理粒体の粒子表面の摩砕又は剥ぎ取りを行なう。

即ち、回転皿２を回転させると、改質媒体は遠心力によ
り外周方向に移動され、この速度エネルギによって固定
環１の内壁面１Ａを這い上り、その這い上る力が重力よ
り小さくなったら次いで該内壁面１Ａから離れて回転皿
２の皿面２Ａ上に落下する。皿面２Ａ上に移動した改質
媒体はこの皿面２Ａに沿って再び固定環１へ向けて移動
される。

また、回転皿２を回転させると、改質媒体は回転皿２の
回転速度よりも遅い速度で円周方向に公転する。したが
って、改質媒体は、前述のように皿面２Ａと内壁面１Ａ
を循環する上下方向の円運動Ｓの他に、回転皿２の軸心
回りを回転する公転運動をも行ない、これらの二つの運
動を合成した縄を綯うような螺旋進行運動（遠心流動）
を行なう。

このように、改質媒体は回転皿２の円周方向への運動を
維持しつつ内壁面１Ａを這い上る運動を行なうのである
が、この内壁面１Ａが固定されているとき、改質媒体の
円周方向速度（公転速度）および改質媒体の這い上り速
度との合成速度がそのまま内壁面１Ａと改質媒体の速度
差になる。したがって、改質媒体と内壁面１Ａとの速度
差は、極めて大きなものとなり、内壁面１Ａ上を移動す
る際の改質媒体の作用による粉砕ならびに摩砕作用は著
しく強いものとなる。

さらに、内壁面１Ａから離脱して皿面２Ａ上に着床した
改質媒体は、この皿面２Ａに沿って滑らかに転がり落ち
るので、皿面２Ａを転動降下する際の運動により、内壁
面１Ａを駆け上る際に得た位置エネルギを半径方向への
運動エネルギに変換することができるから、改質媒体に
一旦付与されたエネルギをいたずらに消費することな
く、剥離作用に有効に利用することができる。さらに、
皿面２Ａに沿って降下する際は、改質媒体はこの皿面２
Ａと摺動するから、この降下運動中においても子物質の
剥離が行なわれる。

配管３５、気体室３６及び間隙２９から改質室２３内に
適当量の空気を導入しておき、前記したような遠心流動
を一定時間継続すると、被処理粒体の表皮の子物質が摩
砕あるいは剥ぎ取りにより剥離され、剥離された表皮は
空気とともに排出管２２から搬出される。こうして被処
理粒体は子物質と母体物質とに分離される。

なお、遠心流動している被処理粒体及び改質媒体中に隙
間２９から気体が吹き込まれるので、被処理粒体から剥
離された子物質は直ちに気流搬送されて排出される。こ
のため、一旦剥離された子物質が再び母体物質に付着す
ることがない。

勿論、改質室２３内への空気の導入は、配管３５からの
空気の吹込みで行なう代りに排出管２２からの吸引で行
なうこともできる。

このようにして、被処理粒体の表面から子物質を確実に
剥離することができ、高純度の母体物質又は子物質を効
率良く得ることができる。また、この母体物質は実質的
に表皮の子物質のみが剥離されたものであり、圧潰作用
等は殆ど受けず、ほぼ原型を有するものであり、粒子形
状の好適な母体物質を回収できる。

本発明方法によると各種の物質を母体物質とする粒子表
面から通常は異質な子物質を、場合によっては同質の子
物質を剥離することができるが、本発明は特に鉄、銅、
ニッケル、コバルト、アルミニウムなどの金属（純金属
又は合金）の粒子表面から酸化物、窒化物、炭化物など
よりなる子物質を剥離する場合に好適である。

例えば、本発明は純鉄の粒子表面に付着したスラグを剥
離する場合に好適に採用できる。金属粒子の表面からス
ラグを剥離する場合、被処理粒体の粒径は１０ｍｍ以
下、とりわけ０．１〜５ｍｍ、特に、従来技術に比べて
際立った剥離効果を得ようとする場合は、０．１〜１ｍ
ｍ程度とするのが好適である。また、この場合、スラグ
が鉄に対し５０重量％（以下、％と略）以下、特に１０
〜２０％付着しているものが好適である。

本発明方法では、改質媒体または被処理粒体のうちで改
質媒体の役目を果すものを用いることにより子物質の剥
離を促進できる改質媒体としては被処理粒体の母体物質
と同材質の粒子が好適であるが、硬質粒子（例えば鋼球
やセラミックボールやコランダムボール）であれば被処
理粒体と改質媒体とは異なる材質のものであっても良
い。

また、改質媒体は１０ｍｍ程度の直径のものが摩砕に好
適であるが、より効率のよい摩砕を行なうには、被処理
粒体の径が改質媒体の径の５〜２０％となるようにする
のがよい。なお、被処理粒体を予めある程度一定粒径以
下に破砕しておくか、または、未粉砕物であれば最初か
ら前記した条件に合う粒子径のものを準備しておくこと
もできる。

本発明では改質媒体を用いず、被処理粒体のみを改質室
２３内に装入して回転皿２を回転させるようにしても良
い。このようにすると、被処理粒体が遠心流動した際に
被処理粒体同志が擦れ合い、子物質の剥離が行なわれ
る。

このように被処理粒体のみを改質室２３に装入する場
合、一部の被処理粒体を大径のものとしても良い。この
ようにすると、この大径の粒体が改質媒体と同様に遠心
流動し、強力な摩砕作用を発揮して小径の被処理粒体か
ら子物質を剥離させることができる。（もちろん、大径
の被処理粒体からも子物質が剥離される。）このように
大径の被処理粒体を用いる場合、該大径の粒体の径は小
径の被処理粒体の径の５〜２０倍程度とし、大径の粒子
の量は小径の粒子に対し１００〜２００％程度とするの
が好適である。

なお、回転皿２は例えば５０〜１０００ｒｐｍで回転さ
れる。

本発明方法では、所定量の被処理粒体を改質室２３内に
投入し、所定時間装置を運転した後、改質室２３内から
母体物質をすべて取り出すバッチ式運転が好適である
が、投入管２４から被処理粒体を連続的に投入し、改質
室２３内から処理済の母体物質を連続的に抜き出すよう
にした連続処理方式であっても良い。この連続処理を行
う場合、例えば前記隙間２９を利用したり、別に設けた
母体物質抜出口（図示せず。）から母体物質を抜き出す
ことができる。隙間から母体物質を抜き出す場合には回
転皿２の下面にスクレーバ（図示せず。）を設けてお
き、隙間から落下した母体物質をかき集め、プレート３
又はケーシング４に設けた排出口（図示せず。）から母
体物質を排出すれば良い。

なお、隙間２９から母体物質を抜き出さない場合であっ
ても、回転皿にスクレーパを設け、隙間から落下した物
質をかき集めて排出するようにしても良い。

本発明において、前記隙間から吹き込む気体は通常の場
合、空気が用いられるが、例えば酸化され易い金属を母
体物質とする場合には窒素など空気以外の気体を用いて
も良い。

次に具体的な実施例について説明する。

第１，２図に示した装置において平均粒径０．９ｍｍの
被処理物体（母体物質：鉄，子物質：スラグ。スラグの
平均付着量は鉄に対し１７％）１００ｋｇと改質媒体
（平均粒径１０ｍｍの鉄）１５０ｋｇとを投入した。な
お、装置の緒元は次の通りである。

固定環の最大内径：１２００ｍｍ 固定環の上端内径： ８００ｍｍ 回転皿の最大内径：１０００ｍｍ 皿面の最底部から 固定環の上端までの高さ：６００ｍｍ 隙間：１ｍｍ 回転皿２を２５０ｒｐｍで回転させながら配管３５から
空気を１２００ｍ^３／Ｈｒの割合で供給し、１５分経過
後装置を停止し、改質室２３内から粒子を全量取り出し
て計量したところ、８０ｋｇであった。また、分析の結
果、スラグの含有量は５％であった。改質媒体の損耗を
ゼロとした場合、スラグの除去率は７６％に達し、鉄の
回収率は９２％に達した。

なお、第３，４，５図に示した従来法により同じ被処理
粒体の改質処理を同じ時間だけ行ったところ、スラグの
除去率は０．５％、４８％及び６０％であった。

なお、本発明方法を実施する場合においては、回転皿の
回転速度は一定としても良いのであるが、規則的ないし
不規則的に変動させても良い。回転数を変動させること
により、改質媒体や被処理粒体の運動に不規則性が与え
られ、摩砕作用が向上される。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかな通り、本発明は被処理粒体
を遠心流動させながら子物質を剥離し、子物質を剥離し
たところに気体を導入することにより、剥離した子物質
をすみやかに母体物質と分離して排出するものであるの
で、剥離した子物質が再び母体物質に結合したり、剥離
した子物質同志がそこで結合し合うこともなく、短時間
で効率良く、かつ、確実容易に子物質を剥離でき、確実
容易に子物質を取り出すことができる。従って、子物質
及び母体物質のいずれを製品とする場合であっても、そ
れらを高収率にて回収できる。

すなわち、被処理粒体は回転皿で与えられた遠心力を固
定環で失速する動作を繰り返すため、被処理粒体同志又
は被処理粒体と改質媒体との摩砕作用が顕著である。そ
して、回転皿と固定環の間の隙間から気体を連続的に導
入し、摩砕により改質物質から分離された子物質がただ
ちに気流搬送されて排出されるため、母体物質と子物質
の分離が連続的に効率よくスムースに行なわれる。この
結果、改質装置内での被処理粒体の滞留時間が小さくて
すみ、短時間で改質処理を行なえる。

また、他の操作条件を一定にして改質室内への気体の吹
込み量を変えるだけで最適な分離操作が可能なため、母
体物質の変形現象および母体物質の破壊が発生しにく
い。本発明方法によれば、摩砕効果を大幅に高め、かつ
摩砕に要する動力原単位を大幅に減少させることが可能
である。

本発明方法によると、従来法では表面改質できなかった
例えば粒径１ｍｍ以下の小粒子についても効率良く表面
改質を行なうことができる。

特に、本発明の請求項（２）によると、より効率良く表
面改質を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置の要部縦断面図、第２図は全体側面
図である。第３図，第４図及び第５図は従来例の説明図
である。 １……固定環、２……回転皿、 １Ａ……内壁面、２Ａ……皿面、 ３……プレート、４……ケーシング、 １４……減速機、１７……モータ、 １８……蓋部材、２２……排出管、 ２３……改質室、２４……投入管、 ２９……隙間。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母体物質の粒子表面に子物質が付着してい
   る被処理粒体から該子物質を剥離させる粒体の表面改質
   方法において、 回転軸心が縦方向に向いていて、少なくとも中央部分が
   下方に向って拡径する皿面を有し、かつ該皿面の縦断面
   が凹状に湾曲している形状の回転自在な円状の回転皿
   と、 少なくとも上部が上方に向って縮径する内壁面を有し、
   該内壁面の縦断面が凹状に湾曲している形状であり、前
   記回転皿と同軸的に周設されて静止している固定環とを
   具備し、 前記回転皿の皿面と固定環の内壁面とが、回転皿と固定
   環との間の微小隙間を除いて、連続的な円滑面に形成さ
   れている装置を用い、 該装置の皿面と内壁面とで囲まれる改質室内に前記被処
   理粒体又は被処理粒体と改質媒体とを収容した状態で回
   転皿を回転させて被処理粒体の表面から子物質を剥離さ
   せると共に、 前記回転皿と固定環との間の微小隙間から気体を該改質
   室内に導入し、被処理粒体から剥離した子物質を気流搬
   送して改質室外に排出させることを特徴とする粒体の表
   面改質方法。
2. 【請求項２】前記回転皿は、皿面の中央部分が下方に向
   って拡径し、該中央部分にひき続く中間部分では略水平
   であり、該中間部分にひき続く外周部分では上方に向っ
   て拡径する形状を有し、 前記固定環は、下部が上方に向って拡径し、該下部にひ
   き続く中間部では略鉛直であり、該中間部にひき続く上
   部では上方に向って縮径する形状を有している請求項
   （１）の粒体の表面改質方法。