(57)【要約】  本発明は、鉱物原材料を粉砕し、それを気流選別機内で寸法設定し、空気中でそれを分散物に仕分けし、かつ分散空気をなくすことによって分散鉱産物を製造するための方法に関する。前記方法を実施するための装置および装置も開示される。
2008540112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉砕機、気流選別機および分散空気を分離するためのシステムを備える分散鉱産物を製造するための装置であって、気流選別機（２）と空気分離システム（７、８、９）の中間に、気流選別機内で摩擦電気的に帯電された異質粒子を分離するための静電分離機チャンバ（３）が設置されることを特徴とする、装置。
【請求項２】
粒子の摩擦電気帯電を増幅するために、気流選別機（２）の少なくとも一部分が直流電源（１０）の１つの極に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
気流選別機が遠心力分離機であって、帯電を増幅するために、分離機の少なくともロータ部分および／または分離機の少なくともステータ部分が直流電源の１つの極に接続されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
気流選別機（２）と静電分離チャンバ（３）の間の接続チューブ（１１）が電気的に伝導性の材料から構成される、またはそれぞれ電気的に伝導性の材料でライニングされまたは被覆され（２９）、電気的に伝導性の部品が直流電源（１０）の１つの極に接続されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
分離チャンバ（３）が気流選別機（２）の微細材料流（１４）内に挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
分離チャンバが気流選別機（２）の粗材料流（２４）内に挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
鉱物材料混合物の個々の成分の選択的な帯電のさらなる改善のために、気流選別機の少なくとも可動部品または静止部品が特別な材料から作られ、または特別な材料で覆われることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉砕機、気流選別機および分散空気をなくすためのシステムを使用して分散鉱産物を製造するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱物原材料の天然堆積物は、異なる材料の混合物から構成される。特定の用途のために採掘される鉱物材料は、通常多数の異なる随伴鉱物によって汚染されている。
【０００３】
この鉱物原材料を使用可能にするために、それらは採掘技術によって得られなければならず、価値ある鉱物は異なる技術的な調整プロセスを使用して濃縮し、かつ純化されなければならない。
【０００４】
鉱産物内の資源材料の濃縮度および純度が高いほどより価値がある。これは特に、紙、顔料、ラッカー、プラスチックおよび薬品産業での、高品質充填剤としての鉱物原材料の使用に対して当てはまる。これらの用途分野での鉱物充填剤の品質は、第１に鉱産物の化学的および鉱物学的純度に関する。したがって、充填剤を製造するために鉱物原材料の非常に純粋な堆積物を使用しなければならないか、または原材料の濃縮および純化のためにそれ相応に複雑な技術的調整方法を使用しなければならないかのいずれかである。
【０００５】
技術的な湿式調整プロセスが使用される場合は、粉砕された鉱物原材料が水性懸濁液中で浮選によって、磁気分離によってまたは密度仕分けを使用して濃縮および純化される。純化が行われた後、この鉱物充填剤は、水性懸濁液中で細かく微粉砕され、いわゆる「スラリー」と呼ばれる、懸濁液として売られる。湿式処理された鉱物材料から乾燥した粉体も製造できるけれども、この材料は排水されかつ熱的に乾燥されなければならず、これはしかしながら、エネルギを多量に消費しかつ高価である。
【０００６】
したがって、乾燥した、分散鉱産物の製造のために一般に、鉱物原材料が乾式微粉砕および分離によって粉砕されかつ選別される調整プロセスが使用される。
【０００７】
鉱産物を選別するための気流選別機が微粉砕および分離循環流内に使用される。微粉砕によって製造される粒子は、気流選別機内で効果的な選別効果を達成するために空気中に分散され、選別のために分離されなければならない。気流選別機によって製造された鉱産物は、下流に設けられる粉塵分離装置で空気から分離される。
【０００８】
したがって、鉱物材料の微粉砕および選別のための装置内に、粒子分散および脱塵システムの全てが設置される。
【０００９】
しかしながら本装置では、原材料は今まで精選することができないか、あるいは極めて効果のないやり方でしか精選することができなかった。したがって、高品質の分散鉱産物、特に充填剤を製造するために、非常に純粋なかつ高品質の出発原材料のみしか使用することができず、しかしながら、それらは限られた範囲でしか入手可能ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって本発明は、高品質の分散鉱産物、特に充填剤を製造するために、より純度の劣った出発原材料も使用できるように、鉱物原材料が効果的に異質の粒子から精選される、請求項１のプレアンブルに記載の方法および装置を提供する目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的の解決策は、本発明によれば、気流選別機と空気分離システムの中間に気流選別機内で摩擦電気的に帯電される異種粒子の分離のための静電分離チャンバを設置することにある。
【００１２】
別の材料および目的と関連して、別の状況では静電分離はそれ自体知られている。
【００１３】
米国特許第５８８５３３０号には、煙道灰から未燃焼カーボン材料を分離するための方法が記載されている。その中では、粗い粒子は遠心力分離機を使用して煙道灰から分離され、それらは別の格納器内に詰められる。微細材料の流れは、異なった方法で建設することができるが、どの場合も炭素材料粒子および煙道灰粒子を異なって帯電する別の摩擦帯電ユニット内で帯電される。異なって帯電された粒子を含有するこの分散物は、負に帯電される銅板と正に帯電される銅板の間の下降流流路内を下向きに落下する。異なって帯電される板の間の電場を使用して、あらかじめ摩擦帯電ユニット内で異なって帯電されている粒子、すなわち一方ではカーボン材料、他方では煙道灰が互いから分離される。サイクロンを使用して、この分離された粒子はガスから分離され、格納器内に詰められる。
【００１４】
欧州特許第１，２５１，９６４号＝国際公開第０１／５２９９８号によれば、プラスチック廃棄物が静電的に分離される。そこでは、プラスチック粒子の混合物が回転ドラム内で空気中で電気的に帯電され、ドラム周囲の篩穴を通り、下降流通路の両側にそれらの異なる帯電量にしたがって粒子の静電分離を行うためにプラス／マイナスの電極が設けられている下降流流路内に運搬される。
【００１５】
上記で述べた特許の両方とも、微粉砕後に静電帯電のための別個の追加の装置が必要である。さらに、それらはまったく異なる材料に関する。
【００１６】
それらとは対照的に本発明の装置では、粒子を帯電させるために、互いの間の、および選別機の部品、特に遠心力分離機のロータおよびステータ部品との間の固体状態粒子の強烈な摩擦から結果として生じる摩擦電気帯電が使用され、その際帯電した粒子分散物は、価値ある粒子の汚染物からの静電分離のために、処理手順の経路内の気流選別機と空気分離システムの中間に設けられる静電分離チャンバを通り導かれる。
【００１７】
さらに帯電を増幅するために、選別機の異なる構造部分、特に一方ではハウジング他方ではロータを直流電源の異なる極に接続することができ、これは従属請求項２および３でより詳細に述べられる。
【００１８】
さらに、気流選別機と静電分離チャンバの間の接続チューブは、電気的伝導性の材料からなる、またはそれらでライニングするまたは被覆することができ、これらの電気的伝導性の部品は直流電源のある極に接続することができる（請求項４）。
【００１９】
この静電分離チャンバは、気流選別機の微細材料流内に、または粗材料流内に挿入することができる。
【００２０】
引き続く静電仕分けは別として、静電的に帯電した粒子は空気流れ内でより均一に分散されるので、この静電帯電は分離処理手順それ自体に対しても既に有利である。鉱物材料の混合物の個別の成分の選択的帯電をさらに改善するために、気流選別機の１つの部品またはいくつかの可動部品または静止部品を特別な材料から作り、またはそれらで被覆することができる。
【００２１】
材料の選択は、分離すべき鉱物材料成分の電子分離力（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒｃｅ）に依存し、鋼、銅、黄銅、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニル、アルミニウムまたはセラミック材料などの材料を含むことができる。
【００２２】
電子分離力は、固体原子の最上のエネルギバンドから外に電子を移動させるのに必要な力であり、真空レベルとフェルミ（Ｆｅｒｍｉ）レベルの間の電子の電位エネルギの相違に等しい。
【００２３】
その中で、真空レベルは表面からより大きな距離にある電子のエネルギと等しく、フェルミレベルは、固体本体内の電子の電気化学的電位である。
【００２４】
異なる電子分離力を有する２つの材料の接触に際し、より高い電子分離力を有する材料（アクセプタ（ａｃｃｅｐｔｏｒ））は負に帯電され、より低い電子分離力を有する材料（ドナー（ｄｏｎａｔｏｒ））は正に帯電される。したがって、原材料の鉱物混合物の異なる粒子の選択的帯電を発生させるために、より高いまたはより低い電子分離力を故意に使用することができる。
【００２５】
例えば、炭化カルシウムから石英を分離するためには、石英は、そのより高い電子分離力の故に、鋼、銅または黄銅との摩擦接触の際負に帯電され、かつ、他方では炭化カルシウムは、そのより低い電子分離力の故に、鋼、銅または黄銅との摩擦接触の際正に帯電されるので、選別機のロータは鋼、銅または黄銅からのものとすることができる。
【００２６】
微粉砕機はボールミルであることが好ましいが、ロッドミル、自生粉砕ミル（ａｕｔｏｇｅｎｏｕｓ）、半自生粉砕ミル、ローラコンテナミル（ｒｏｌｌｅｒ  ｃｏｎｔａｉｎｅｒ  ｍｉｌｌ）、ピンミル（ｐｉｎ  ｍｉｌｌ）、衝撃式ミル（ｉｍｐａｃｔ  ｍｉｌｌ）、ハンマーミル（ｈａｍｍｅｒ  ｍｉｌｌ）、スイングミル（ｓｗｉｎｇ  ｍｉｌｌ）、ジェットミル、アジテータミル（ａｇｉｔａｔｏｒ  ｍｉｌｌ）または任意の他のそれ相応の微粉砕機を設けることができる。
【００２７】
粉砕された鉱物材料粒子の選別および摩擦電気帯電のために、遠心力分離機を設けることが好ましいが、例えばオブリッジ気流分離機（ｏｂｌｉｇｅ  ｆｌｏｗ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、ジグザグ分離機（ｚｉｇ−ｚａｇ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、分散板風力分離機（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｐｌａｔｅ  ｗｉｎｄ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、衝突気流分離機（ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ  ｆｌｏｗ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、スパイラル風力分離機（ｓｐｉｒａｌ  ｗｉｎｄ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）など、任意の他の種類の気流選別機を使用することができる。
【００２８】
その中で、分離すべき固体粒子は、それらが気流選別機内に入れられ、その中で選別され、かつ摩擦電気的に帯電されるために十分小さい限り、任意の種類、輪郭、サイズおよび原料であることができる。分離可能な固体粒子は、好ましくは平均粒サイズが２μｍより大きく１ｍｍより小さな間の範囲内にあるべきである、１０ｍｍより小さな粒サイズ範囲を有するべきである。
【００２９】
分離すべき鉱物材料粉体は、異なる鉱物材料成分（価値ある材料および汚染物）の任意の数および任意の混合物から構成されることができる。
【００３０】
本発明は、以下で装置の２つの実施形態を参照して、図面と共により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１による装置は、鉱物原材料の微粉砕および粉末化のためのボールミル１および選別は別として、同時に粉砕された鉱物材料粒子の本発明による摩擦電気帯電のために役立つ遠心力分離機２を含む。
【００３２】
気流選別機２を流れる粒子のより良好な摩擦電気帯電およびより高い帯電密度を達成するために、外部電気直流電圧１０を気流選別機２の１つまたはいくつかの回転または静止部品に接続することができる。
【００３３】
これはより詳細に図２および３に示されている。
【００３４】
分離バスケット１５がロータ軸２５およびカップリング１９を使用して駆動モータ１８に連結される。ロータ軸２５のところに、２つのカーボンブラシ１７を使用して直流電源１０の１つの極に接続されるコレクタリング２０が適用され、一方もう１つの極は接地される。直流電源１０からの電圧出力はカーボンブラシ１７および整流リング２０を介して電気伝導性の材料からなるロータ軸２５に、さらにロータ軸に導電的に固定される分離バスケット１５上に伝達される。
【００３５】
ロータ軸２５から微細材料出力チューブ１４への電流の制御されない伝達を避けるために、ロータ軸２５は微細材料出力チューブ１４を通る貫通領域で電気的に非伝導性材料からなるブッシング２２によって覆われる。
【００３６】
微細材料出力チューブは、制御されない電流移行に対し電気絶縁層３７を介してさらに保護される。
【００３７】
モータの側面のところで、直流電圧に曝されるロータ軸２５は、電気的に絶縁されたカップリング１９および電気絶縁層３６を使用して駆動モータ１８から分離される。
【００３８】
ロータ軸２５の軸受および整流リング２０の領域内の電圧保有部品は、電気的に非伝導性の保護ハウジング２３によって周囲から分離される。
【００３９】
分離機の微細材料出力チューブ１４も、電気的に非伝導性の絶縁層２９を使用して分離機ハウジング２３から絶縁される。
【００４０】
分離空気は分離空気入り口１６を通り投入され、粉砕された鉱物粉体２６は投入開口部２７を介して分離空間内に投入され、分離空間内に存在する渦巻き空気流２５によって分散される。
【００４１】
空気内で分散された粒子は、分離空間内の空気流について行き、迅速に回転している分離バスケット１５を貫通して流れなければならない。これによって、粒子の分離バスケット１５の刃に対する強烈な接触および摩擦、かつ、それによって、鉱物材料粉体の摩擦静電帯電が起きる。粗い鉱物粒子は分離バスケット１５を貫通して流れることができず、それによって排除される。この中で、分離バスケット１５および分離機ハウジング２３との強烈な接触および摩擦も、かつそれによって粗い鉱物材料粒子２４の摩擦電気帯電も起きるが、それは粗材料出口２８を介して分離機から放電される。
【００４２】
（ここでは示されていない）別の実施形態では、材料粒子および汚染物の摩擦電気帯電を増幅するために、分離機バスケット１５は材料の電子分離力および汚染物の電子分離力の間にある電子分離力の材料によって覆われる。同じ方法で、微細材料出力チューブ１４を材料の電子分離力および汚染物の電子分離力の間にある電子分離力の材料から作ることができる。
【００４３】
さらに、気流選別機と分離チャンバ３の間の接続チューブ１１も、直流電源１０の極に接続することができる。
【００４４】
帯電された微細材料流３２は、垂直に配置するのが好ましくかつ分離電極４、４ａが設けられている静電分離チャンバ３に到達する。
【００４５】
この静電分離チャンバ３内で、帯電された微細材料分散物は、純化された鉱産物を含有する分散流れ３０および分離された異質粒子を含有する分散流３１に分離される。
【００４６】
この２つの分離された分散流３０および３１は、各々空気を分離するためにシステムを通り導かれる。これら２つの空気分離システムは、例えば分離機サイクロン７および／または粉塵フィルタ８および負圧を使用して気流選別機を通る鉱物材料粒子の分散および輸送のための必要な空気流を発生させるブロア９から構成される。
【００４７】
純化された鉱物粉体は格納器１２内に到達し、分離された異質粒子粉体は別の格納器１３に到達する。
【００４８】
図４は、分離機２の微細材料流が最終鉱産物であり、一方気流選別機の粗材料流２４は必要な空気３３を供給する際に静電分離チャンバ３に導かれる実施形態を示す。
【００４９】
この中で粗材料分散物は、価値のある粒子を含む１つの部分的流れ３４が微粉砕機の入力に戻り導かれ、一方異質粒子を含むもう１つの部分流３５が、分散空気の分離後、さらに廃棄物または副生品として処理される、２つの部分流に分割される。
【００５０】
残りに関しては、図４は本質的に図１に対応し、同一の部品は同じ参照記号を備える。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】静電分離チャンバが気流選別機の微細材料流れ内に設置され、粗材料流が微粉砕機の入り口に戻り導かれる一実施形態を示す図である。
【図２】分離機が帯電を増幅するために直流電源に接続された、図１の拡大区画ＩＩに関連する分離機を示す図である。
【図３】図２の拡大図であり、いくつかの絶縁部品をより明瞭に示す図である。
【図４】分離チャンバが気流選別機の粗材料流内に設置された一実施形態を示す図である。
【図１】
2008540112.tif 000003
【図２】
2008540112.tif 000004
【図３】
2008540112.tif 000005
【図４】
2008540112.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月22日(2008.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
分離空気は分離空気入り口１６を通り投入され、粉砕された鉱物粉体２６は投入開口部２７を介して分離空間内に投入され、分離空間内に存在する渦巻き空気流によって分散される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008540112.tif 000007
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2008540112.tif 000008
【国際調査報告】
2008540112.tif 000009
2008540112.tif 000010
2008540112.tif 000011
2008540112.tif 000012
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