JPH0679673B2 - 粉砕処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、粉砕や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
改質を行なうための粉砕処理装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、粒体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ドラム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か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かって空気を流して
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図は回転ド
ラム型分級機を利用した場合の改質方法であって、回転
円筒41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。

ところで、次の如き回転皿および固定環を有する遠心流
動粉砕装置を応用した表面改質装置を、本出願人は最近
開発して、特願昭63-220246号として特許出願した。

この回転皿は、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か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
な円状のものである。

固定環は、少なくとも上部が上方に向かって縮径する内
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。

そして、その表面改質装置は、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。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前述したような表面改質装置において、比重
の大きい、いわゆる高比重の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
粒体の表面改質を行なう場合に、回転皿の皿面は全体と
して凹状に湾曲し、さらに回転皿と固定環の隙間から該
皿面底部までの高さが高い状態下では、表面改質装置内
に供給された改質媒体と被処理粒体のうち、回転皿の皿
面に保有される改質媒体および被処理粒体量の割合が増
え、この結果、該皿面部の上層部には、表面改質された
母体物質が堆積し、さらに下層部には、投入時の表面改
質原料のままで堆積するといった２分層を形成すること
になる。このため、前記上層部および下層部の両層は、
表面改質装置を一定速度で駆動しているにもかかわらず
流動しない一種のデッドスペースの状態を呈することに
なり、表面改質装置内部の改質室は、実質的にはデッド
スペース分だけ有効処理容積が減少するとともに、その
表面改質装置が特徴としている被処理粒体および改質媒
体の遠心流動運動も変則的になるなど、母体物質から一
旦剥離された子物質が母体物質とともに回転皿の皿面凹
部に長時間滞留し、このため、子物質が排出されないた
めに結果として電力原単位が悪くなったり、あるいは装
置全体として改質による単位時間当りの処理量が減少
し、回転皿の皿面上に堆積された原料は、最終的には、
改質されないまま排出されるため、原料の表面改質効率
が低下するなどの欠点を有していた。

［課題を解決するための手段］ 本発明においては、前記欠点をなくすために、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か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
転皿と同期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
成されている遠心流動装置において、該回転皿と固定環
の隙間から皿面までの高さと回転皿最大内径の比率を0.
03〜0.05に構成し、さらに、皿面部を略々水平に、か
つ、広い平面を有した凹状を形成している構成にした。

［作用］ 回転皿の皿面と固定環の内壁面とで囲まれる処理室内に
被処理粒体と改質媒体とを収容し、回転皿の皿面を広く
平らにし、さらに回転皿と固定環の隙間から該皿面まで
の高さ（Ｈ）と回転皿最大内径（Ｄ）との比率（H/D）
を0.03〜0.05に構成された装置を駆動させることで、被
処理粒体や改質媒体は皿面上を互いに摩砕されながら遠
心力により回転皿の外周面に強く押しつけられ、さら
に、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
理粒体同志または被処理粒体と改質媒体とが擦れ合い、
被処理粒体が粉砕（特に摩砕）されたり、被処理粒体の
表面から子物質が剥離されたりする。

本発明で採用している表面改質などの粉砕処理装置は、
被処理粒体や改質媒体を遠心流動させるものであり、被
処理粒体の摩砕作用が顕著である。このため、短時間の
うちに微粉砕または表面改質が行なわれる。そして、導
入される気体により子物質である細粉が速やかに排出さ
れるので、子物質の再凝集または母体改質への再付着を
防止でき効率よく分離できる。

また、摩砕される被処理粒体の硬度がロット毎に異なる
場合であっても、装置内での原料の滞留時間を変えるだ
けで容易に対処できる。

母体物質が軟らかくて子物質が硬い被処理粒体を表面改
質する場合、あるいは、母体物質が硬くて子物質が軟ら
かい被処理粒体を表面改質する場合でも、装置内での被
処理粒体の滞留時間を変えて、被処理粒体同志または被
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細粉にまで粉砕し
たり、子物質を剥離できる。

［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表面改質用の粉
砕処理装置の全体側面図、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。すなわち、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10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の上端外周縁に突設されたフラン
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および蓋部材18で囲まれる粉砕または
改質のための処理室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内は処理室23内
に連通している。

つぎに、第１図を参照して固定環１および回転皿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1bか
ら下方部分（以下、下部という。）1cが下方に向かって
わずかに縮径し、該中部から上方部分（以下、上部とい
う。）1aは上方に向かって縮径している。したがって、
該固定環１の内壁面1Aは下部1cから中部1bに向かってわ
ずかに拡径し、中部1bは略鉛直であり、中部1bから上部
1aに向か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の上端外周に突設されたフランジ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2Aは、中央部分2aでは下方に向かって拡
径する形状であり、該中央部分にひき続く中間部分2bで
は略々水平であって、かつ、中間部分2b（Ｍ）と回転皿
最大内径（Ｄ）との比率（M/D）を例えば0.1〜0.3に構
成させた広い平面を有しており、該中間部分2bにひき続
く外周部分2cでは上方に向かって拡径する形状である。
この皿面2Aは全体として比較的浅い凹状に湾曲してお
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33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には空気などの気体の導入口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36に
導入可能としてある。

また、前記排出管22にはバッグ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表面改質用の粉砕処理装置による
粒体の表面改質方法の一例についてつぎに説明する。

あらかじめ、処理室23内には例えば球状のボールからな
る改質媒体が多数装入されている。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および改質媒体は固
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または剥ぎ取りを行な
う。

すなわち、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に沿って外周方向に転動しながら移動
し、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に沿って外周方向に滑らかに転がり
ながら移動するので、皿面2A上を転動する際の運動によ
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交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
2A上を遠心力によって外周方向に向かってスムースに転
動するから、この転動運動中においても子物質の剥離が
行なわれる。

このように、改質媒体と被処理粒体が部分的に流動不可
能な状態に陥ることもなく、全体的に遠心流動状態を呈
することができるように、回転皿２と固定環１の隙間29
から皿面の中間部分2bまでの高さ（Ｈ）と回転皿最大内
径（Ｄ）との比率（H/D）を0.03〜0.05に構成してあ
る。ところが、H/Dを0.05以上にした場合の深底タイプ
の回転皿を有した粉砕処理装置については従来技術で述
べた通りであるが、H/Dを0.03以下にした浅底タイプの
回転皿を有した粉砕処理装置では、回転皿２と固定環１
の隙間29から皿面中間部分2bまでの高さ（Ｈ）が小さく
なるとともに、回転皿の皿面中間部分2bにひき続く上方
に向かって拡径する形状の外周部分2cがなくなる結果、
皿面2Aと内壁面1Aを循環する上下方向の円運動Ｓに大き
く寄与している被処理粒体および改質媒体の皿面2Aから
内壁面1Aへの綯い上りに必要な助走区間としての役割が
なくなり、局部的に遠心流動が生じるものの全体として
は被処理粒体および改質媒体が回転皿上に着床したまま
回転皿と一緒に回転するといった現象を呈することにな
り、改質作用は行なわれないことになる。

配管36,気体室36および間隙29から処理室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、剥離された子物質は空気
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および改質媒体中に
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、処理室23内への空気の導入は、配管35からの空気
の吹き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、高純度の母体物質または子物質を
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
作用などは殆ど受けず、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
金属または合金）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、通常、被処理粒体が10mm以上の場
合は、前記の従来技術方法においても、割りと表面改質
効率の高い処理のできることが多いが、被処理粒体が1m
m以下になると、表面改質効率が著しく低下し、事業ベ
ースとしての採算が合わず、やむなく未処理のまま埋め
立てなどに使用するか、あるいは、付加価値の低いもの
に利用方法するしかないのが実状である。

ところが、本発明における粉砕処理装置を用いると、特
に、被処理粒体が1mm以下の小粒径の場合であっても、
表面改質効率が著しく向上するとともに、十分事業ベー
スとしての採算にのり、さらに、母体物質の有価回収お
よび子物質の回収が容易にできる。

本発明方法では、改質媒体または被処理粒体のうちで改
質媒体の役目を果た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、コランダム，ジルコニアなどのセラミック
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。媒体の表面をポリアミド樹脂
（商品名ナイロン）などで被覆しても良い。

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良
い。なお、被処理粒体をあらかじ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。

つぎに、上記粉砕処理装置により粉砕を行なう場合の作
動について説明する。

粉砕を行なう場合は、処理室23内に原料と粉砕媒体とを
装入し、回転皿を回転させる。そうすると、粉砕媒体は
前述した改質媒体と同様に遠心流動する。そして、この
遠心流動時における粉砕媒体と内壁面1Aとの速度差が極
めて大きく、内壁面1A上を移動する際の粉砕媒体による
粉砕ないしは摩砕作用は著しく強いものになる。

この粉砕の場合、表面改質の場合と同様に、粉砕媒体の
運動エネルギおよび位置エネルギの無駄な消費が少な
い。また、皿面2A上を粉砕媒体が転動しながら遠心方向
に移動する際にも原料の粉砕が行なわれる。

なお、この粉砕の場合も隙間29からの空気の導入を行な
うことにより、製品粒度にまで達した細粉は気流搬送さ
れて排出管22から搬出され、捕集手段にて捕集される。
このように、細粉を連続的に排出することができるの
で、原料の過粉砕が防止される。

かかる粉砕処理装置による粉砕方法は、各種の鉱物や金
属，有機物質の粉砕にも適用できる。粉砕処理装置を用
いて粉砕を行なう場合、原料の粒径は1mm以下におい
て、特に別の粉砕方法に比べて著しい効果が発生する。

粉砕媒体としては、硬質の鋼球やコランダム，ジルコニ
アなどのセラミックボールが好適である。

また、ボール表面をポリアミド樹脂（商品名ナイロン）
などで被覆しても良い。粉砕媒体の直径は３〜50mm、と
りわけ５〜10mm程度のものが好適である。

なお、粉砕および表面改質のいずれの場合であっても回
転皿２は、例えば50〜1000rpm程度で回転される。

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
粉砕または表面改質する場合には、窒素など空気以外の
気体を用いても良い。

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
は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、媒体や原料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表面改質し、かつ装置内に気体
を導入することにより、生じた子物質である細粉をすみ
やかに排出するものであるので、効率の良い表面改質を
行なうことができる。このため、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。特に、本発明によると、従来法では表面改質できな
かった高比重の被処理粒体の改質をスケールアップされ
た大処理量用の装置にて行なう場合でも、改質媒体およ
び被処理粒体が部分的に流動しないスポットいわゆるデ
ッドスペースが生じることもなく、また、子物質および
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。また、デッドスペースとして
被処理粒体が堆積することがないため表面改質率が低下
することもなく、電力原単位が著しく小さくなり、表面
改質の処理コストの低減が図れる。

【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図は表面改質
用の処理装置の全体側面図、第３図，第４図および第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……処理室、24……投入管、 29……隙間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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か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
   れている遠心流動型の粉砕処理装置において、 該回転皿と固定環の隙間から皿面までの高さと回転皿最
   大内径の比率を0.03〜0.05に構成し、さらに、皿面部を
   略々水平に、かつ、広い平面を有した凹状を形成してい
   ることを特徴とした粉砕処理装置。