JP5400390B2 - 粉砕方法 - Google Patents

Description

本発明は、微粉末を連続的に製造するための炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される物質の粉砕に関する。
より詳細には、本発明は、このような物質の粉砕に使用される設備、および／または粉砕で得られた粉末の取扱に使用される設備の付着物を防止することを目的としている。

炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナなどの物質は、煙道ガスの洗浄のための反応物などの微粉末の形態で一般に使用される。この反応物が煙道ガス中に導入される場合、所望の効率を得るために、含まれる不純物と反応物が迅速に反応する必要がある。平均粒度が１００μｍ未満、好都合には５０μｍ未満である微粉末は、煙道ガスとのより広い接触面積を有するため、より迅速に洗浄および反応が行われることが知られている。したがって、これらが好ましい。
このような微粉末を得るためには、好ましくはインパクトミルによる、出発物質の強力な粉砕が必要になる。

しかし、１００μｍ未満の直径の重炭酸ナトリウム粉末等の粉末の製造に使用される場合のミル中、特に衝撃型のミル中に付着物の形成が観察されている。用語「付着物」は、ミルの壁面に付着した、および／または粉砕された粉末を取り扱う機器に付着した、粉砕された材料の蓄積を意味するものと理解されたい。付着物の形成は、このような重炭酸ナトリウム微粉末を取り扱う設備の中、特に、ミルの下流に配置される粒度分級機の中、または、粉砕された粉末をサイロまたは工業プラントに移すために使用される空気圧式設備の中にも観察されている。清浄にして付着物を除去するために粉砕および取扱の設備を定期的に停止する必要が生じるので、ミルおよび粉末取扱設備の付着物は明らかな不都合となっている。

独国特許出願公開第１０ ３５７ ４２６号明細書には、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）がミル内に導入される粉砕方法が開示されている。
しかし、粉砕された重炭酸塩がＴＭＰによって汚されることがあり、製造された重炭酸塩中にＴＭＰが存在すると、ある種の用途において問題が発生しうることを本出願人は発見した。

本発明の目的は、重炭酸ナトリウム粉末の粉砕または取扱を行うときに直面する上述の欠点に対処することである。
より詳細には、本発明の目的は、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される物質を、１００μｍ未満の粒度を有する粉末状態まで粉砕する方法であって、ミルおよびミルの下流の取扱設備の付着物が防止され、ミルの摩耗の促進が回避され、得られた製品の汚染の危険性が軽減される方法を提供することである。

したがって、本発明は、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される物質を粉砕する方法であって、１００μｍ未満の平均直径を有する粉末を得ることと、ミル内に付着物が形成されるのを防止することとを目的として、洗浄剤が上記物質と混合され、その混合物がミルに導入され、上記洗浄剤が、ゼオライト、ドロマイト、ヒドロキシ炭酸マグネシウム、石灰、炭化水素、タルク、脂肪酸、および脂肪酸塩から選択されることを特徴とする方法に関する。

本発明による方法において、表現「炭酸ナトリウム」は、常に、無水一炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）、または水和一炭酸ナトリウム、特に炭酸ナトリウム一水和物（Ｎａ₂ＣＯ₃・Ｈ₂Ｏ）、炭酸ナトリウム七水和物（Ｎａ₂ＣＯ₃・７Ｈ₂Ｏ）、または炭酸ナトリウム十水和物（Ｎａ₂ＣＯ₃・１０Ｈ₂Ｏ）を意味する。

粉末の平均直径は次式で定義され：

式中、ｎ_iは、直径Ｄ_iの粒子の頻度（質量基準）を意味する。これらの粒度パラメーターは、ＭＳ １７ ＤＩＦ ２０１２アクセサリーを使用して湿式モードで使用されるマルバーン（Ｍａｌｖｅｒｎ）製造のマスターサイザーＳ（ＭＡＳＴＥＲＳＩＺＥＲ Ｓ）測定装置を使用するレーザー散乱分析法によって定められる。

本発明の好ましい特徴の１つにおいては、粉砕がインパクトミル中で行われる。本発明の状況において、インパクトミルは、材料の粒子を破砕する作用を有する可動機械部品による衝撃が、粉砕される材料に与えられるミルである。インパクトミルは微粉砕技術分野において周知である。特に、そのようなものとしては（一部の例として）： ハンマーミル、スピンドルミル、アトリターミル、ボールミル、およびケージミルが挙げられる。ハンマーミルが好ましい。グラインディング・テクノロジーズ・アンド・システムＳＲＬ（Ｇｒｉｎｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ ＳＲＬ）製造のハンマーミル（モデルＭＧ）、オフィシナ２０００ＳＲＬ（Ｏｆｆｉｃｉｎａ ２０００ ＳＲＬ）製造のハンマーミル（モデルＲＴＭ）、またはホソカワ・アルパインＡＧ（Ｈｏｓｏｋａｗａ Ａｌｐｉｎｅ ＡＧ）製造のハンマーミル（モデルＡＰＰ）が非常に好適である。

本発明の本質的な特徴の１つによると、粉砕される物質に洗浄剤を混合する。本発明の状況において、用語「洗浄剤」は一般的な定義を有し、工業設備中、主として金属設備中に存在する炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびに／あるいはセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナの付着物を除去可能な材料に関する。石灰などのこのような物質は、付着したミルを清浄にすることが知られている。本発明以前には、これらは、許容できない付着物が出現した場合にミル中に定期的に導入されていた。本発明によると、好ましくはミルの運転中にミル内に連続的に洗浄剤が導入され、これによって付着物の出現が防止される。意外なことに、このことによる粉砕効率への影響はない。特に、粉砕される物質が重炭酸ナトリウムであれば改善されることがさらに多くなり、すなわち、ミルの生産性が上がる。

本発明の方法によると、洗浄剤は、粉砕前および／または粉砕中に物質に加えられて混合される。粉砕前に加えることが好ましい。

本発明の方法によると、粉砕される物質は、通常、固体顆粒の状態にある。この物質の粒度は、本発明の定義にとっては重要ではないが、実際にはそれによって、ミルの最も適切な選択が行われる。粉砕の費用を削減するために、粒度が大きすぎるのは回避する必要がある。保管されているときに物質粒子の凝集が進行するのを防止するために、粒度が細かすぎないことも必要である。実際には、得られる粉末の平均直径の２倍を超え、好ましくは５〜１０倍の間である平均直径Ｄ_mを特徴とする物質の粒度を選択することが推奨される。特に推奨される粒度では、平均直径Ｄ_mが１５０〜２５０μｍとなる。

本発明の方法によると、洗浄剤は、ある種の研磨材、炭化水素、ならびに脂肪酸または脂肪酸塩から選択される少なくとも１種類の組成物を含む。

洗浄剤が固体研磨材を含む場合、研磨材は、シリケート、第２ａ族の金属の酸化物、第２ａ族の金属の水酸化物、金属塩、および特に第２ａ族の金属の塩、フライアッシュ（燃焼煙道ガス中に含まれる灰、特に家庭廃棄物の燃焼における灰）、セルロース、ならびにデンプンから選択される。ゼオライト、シリカ、ドロマイト、ヒドロキシ炭酸マグネシウム、石灰、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、硫酸ナトリウム、およびフッ化カルシウムが好ましい。ゼオライト、ドロマイト、ヒドロキシ炭酸マグネシウム、および石灰が特に好ましい。このような物質は、研磨材ではあるが、粉砕機器の摩耗による損傷を引き起こさないことが観察されている。

本発明による方法の特に好都合な一実施形態において、洗浄剤は、燃料油などの炭化水素、ステアリン酸、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウムから選択される脂肪酸または脂肪酸塩、ならびにマルセル（Ｍａｒｓｅｉｌｌｅ）セッケンなどのセッケンを含む。セッケン、特にステアレートが好ましい。
洗浄剤は、数種類の上記物質を含むことができる。好都合には、洗浄剤は、完全に１種類以上のこれらの物質からなる。

本発明による方法において、洗浄剤は、ミル内の付着物の形成を抑制し、場合によっては、付着物を有する場合に付着物を除去するのに少なくとも十分な量で使用する必要がある。実際には、使用される洗浄剤の量は、選択された洗浄剤、およびミルの運転条件（処理量、温度など）に依存する。これは、日常的な試験によってそれぞれの特定の場合で求める必要がある。一般に、ほとんどの場合、粉砕される物質１００質量部当たり０．０５（好ましくは少なくとも０．１）質量部を超える質量基準の量で洗浄剤を使用することが望ましいことが確認される。原則として、使用される洗浄剤量の上限は存在しないが、実際には、費用の理由で使用量が多すぎることに価値はない。したがって実際には、使用される洗浄剤量は、粉砕される物質１００質量部当たり２０（好ましくは１０）質量部を超えないことが推奨される。上記物質１００質量部当たり０．２〜７質量部の範囲の量が好ましい。

洗浄剤が固体研磨材から選択される場合、その推奨される使用量は、粉砕される物質１００質量部当たり０．５〜１０（好ましくは１〜５）質量部の範囲の量である。洗浄剤が脂肪酸または脂肪酸塩から選択される場合、その推奨される使用量は、粉砕される物質１００質量部当たり０．１５〜１．０（好ましくは０．２〜０．５）質量部の範囲の量である。

本発明による方法は、ミル上への付着物の出現を防止し、そのため、その能力を増大させる。特に洗浄剤が脂肪酸または脂肪酸塩（ステアレートなど）である場合、結果として得られる粉砕された製品が、より一定になることも観察されている。
本発明による方法は、揮発性酸化合物（特に塩化水素）で汚染された煙道ガスの洗浄が意図される、炭酸ナトリウム（無水または水和物の形態のいずれか）、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナの粉末の製造に特に適用できる。その理由は、意外なことに、煙道ガス洗浄が意図される粉末中に本発明による洗浄剤が存在しても、粉末の有効性が損なわれないことが観察されたからである。この観察は、脂肪酸塩の場合に特に有益となる。

したがって、本発明は、揮発性酸化合物で汚染された煙道ガスの洗浄方法であって、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される反応物に対して、５０μｍ未満の平均直径を有する粉末の状態まで小さくするために粉砕作業が行われ、前記粉末が煙道ガス中に導入され、前述の本発明による粉砕方法によって粉砕が行われることを特徴とする、洗浄方法にも関する。

無水および水和炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される粉末反応物によって揮発性酸化合物を除去するための煙道ガスの洗浄は、当技術分野において周知である。このことは文献の欧州特許第０７４０５７７Ｂ１号明細書［ソルベイ（ＳＯＬＶＡＹ）（ソシエテ・アノニム（Ｓｏｃｉｅｔｅ Ａｎｏｎｙｍｅ））］に記載されている。

本発明による洗浄方法は、塩化水素によって汚染された煙道ガス、特に家庭廃棄物または都市廃棄物の焼却炉ならびに有害廃棄物の焼却炉によって発生する煙道ガスの洗浄に特に適用できる。本発明による洗浄剤、特にステアレートが反応物中に存在することによって、反応物のガス流への分散がよくなることが観察された。これによって、洗浄の有効性が改善される。

本発明による洗浄方法を実施する場合、粉砕作業で捕集された粉末は、通常、煙道ガス中に導入される前に粒度の分級が行われ、通常この導入は、機械式ブロワーによって行われる。
粒度分級の目的は、有用な粒度分類（煙道ガス中への導入が意図される）と、煙道ガス中に導入される１つ以上のより細かいまたはより粗い粒度分類とに分割することである。粒度分級は、あらゆる好適な公知の分級機、たとえば一連のスクリーンまたはエルトリエーターによって行うことができる。
ブロワーは、空気流中の粉末を運搬するように設計される必要がある。これは一般には遠心型である。本発明による方法においては、ブロワーは、粒度分級の上流または下流に配置することができる。通常は粉砕の下流に配置される。

本発明による洗浄方法においては、粉砕および分級は、煙道ガス中に導入される粉末が、平均直径Ｄ_mが５０μｍ未満であり、粒度勾配が５未満であることを特徴とする粒度を有するように調整すると好都合であり、この粒度勾配は以下の式によって定義され：

式中、Ｄ₉₀（およびＤ₁₀）は、粉末粒子のそれぞれ９０％および１０％（質量基準で表している）が、それぞれＤ₉₀およびＤ₁₀未満の直径を有する直径をそれぞれ表している。これらの粒度パラメーターは、前述のような測定装置を使用したレーザー散乱分析法によって定められる。煙道ガス中に導入される粉末に好ましい粒度は、平均粒径１０〜３０μｍおよび粒度勾配１〜３に相当する。最適な粒度パラメーターに関するさらなる情報は、欧州特許第０ ７４０ ５７７Ｂ１号明細書［ソルベイ（ＳＯＬＶＡＹ）（ソシエテ・アノニム（Ｓｏｃｉｅｔｅ Ａｎｏｎｙｍｅ））］から得ることができる。

本発明による洗浄方法において使用される粒度分級機およびブロワーは、反応性粉末粒子で徐々に覆われる危険性があり、このことは不都合となる。

結果として、本発明は、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される平均直径が５０μｍ未満の粉末を取り扱う設備の付着物を防止する方法であって、本発明による粉砕方法において使用される好ましい洗浄剤を上記粉末と混合することを特徴とする方法にも関する。
本発明は、粉末を取り扱う設備中の、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される付着物を除去する方法であって、本発明による粉砕方法において使用される好ましい洗浄剤を上記設備中に導入することを特徴とする方法にも関する。

付着物の防止、および付着物の除去をそれぞれ行うための本発明の方法は、前述の定義の本発明による煙道ガス洗浄方法中に使用される反応物を取り扱うための設備に適用できる。これは特に、上記反応物を処理するための粒度分級機と、洗浄する煙道ガス中に上記反応物を導入するための機械式ブロワーとを含む設備に適用される。

以下の実施例により本発明を説明する。

これらの実施例において、平均粒径が約２００μｍの０／５０重炭酸塩のＴＥＣ［ソルベイ（ＳＯＬＶＡＹ）（ソシエテ・アノニム（Ｓｏｃｉｅｔｅ Ａｎｏｎｙｍｅ））製］を出発物質として使用した。

実施例１（本発明によるものではない）
この実施例では、前述の重炭酸ナトリウム自体を、スピンドルディスクを取り付けたアルパイン（ＡＬＰＩＮＥ）ブランドのハンマーミルのモデル１００ ＵＰＺ中、以下の条件下で粉砕した：
−ミルのローターの回転速度：１５０００ｒｐｍ；
−物質供給速度：３ｋｇ／時。
後に平均粒径約１０μｍの重炭酸ナトリウム粉末が得られるように、粉砕を調整した。
６時間の運転後、厚い付着物層の存在を、ミルのローター上およびステーター上に確認した。粉砕速度を１ｋｇ／時まで低下させても、付着物の外観に変化はなかった。

実施例２（本発明による）
この実施例においては、フライアッシュを、０／５０バイカー（ＢＩＣＡＲ）重炭酸ナトリウムと、重炭酸塩１００質量部当たり５質量部の量で混合した。この混合物は、レジゲ（Ｌｏｅｄｉｇｅ）実験室用ブレンダー中で作製した。得られた均一混合物を、実施例１と同じ条件下で粉砕した。
６時間の運転後、ミルのローター上およびステーター上に、実質的な付着物は検出できなかった。

実施例３（本発明による）
薬用タルクを洗浄剤として使用して実施例２の試験を繰り返した。
６時間の運転後、ミルのローター上およびステーター上に、実質的な付着物は検出できなかった。

実施例４（本発明による）
０．２％のステアリン酸カルシウムを洗浄剤として使用したことを除けば、実施例２の試験を繰り返した。
６時間の運転後、ミルのローター上およびステーター上に、実質的な付着物は検出できなかった。粉砕速度を６ｋｇ／時まで増加させた後でもこの性能が維持された。

Claims (9)

1. 炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される物質を粉砕する方法であって、前記物質と洗浄剤が混合され、前記混合物が、１００μｍ未満の平均直径を有する粉末を得ることと、ミル中の付着物の形成を防止することとを目的としてミル中に導入される方法において、
   前記洗浄剤が、ゼオライト、ドロマイト、ヒドロキシ炭酸マグネシウム、石灰、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、硫酸ナトリウム、フッ化カルシウム、炭化水素、タルク、脂肪酸、および脂肪酸塩から選択される少なくとも１種類の組成物を含むことを特徴とする方法。
2. 前記洗浄剤が脂肪酸または脂肪酸塩を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記脂肪酸または脂肪酸塩が、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、およびセッケンから選択されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記粉末が７５μｍ未満の平均直径を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記洗浄剤が、前記物質１００質量部当たり０．２〜７質量部の量で使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記物質が、得られた前記粉末の２倍を超える平均直径を有する顆粒の状態で使用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ミルがインパクトミルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記インパクトミルがハンマーミルを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 揮発性酸化合物で汚染された煙道ガスを洗浄する方法であって、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、ならびにセスキ炭酸ナトリウムまたはトロナから選択される反応物に対して、５０μｍ未満の平均直径を有する粉末の状態まで小さくするために粉砕作業が行われ、前記粉末が前記煙道ガス中に導入される方法において、
   前記粉砕が、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法によって行われることを特徴とする方法。