(57)【要約】【解決手段】ハウジング３と、粒子入口４と、流体入口５と、出口６と、を備える鉱物または他の粒子状物質を分離するための分離装置２である。分離装置２は、密度に基づき鉱物または他の粒子状物質を分離する。これは、流体入口５内に流体を侵入させて、ハウジング３内で粒子状物質の適切な流動化を発生させることによって達成される。典型的に、低密度の物質がハウジング３の上端から引き出される一方、高密度の物質はハウジング３の下端から引き出される。本発明は、シリカや黄鉄鉱などの不純物から石炭などの鉱物を分離するのに特に有用である。【選択図】図４
2015512774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状物質を分離する分離装置であって、
ハウジングと、
前記粒子状物質が前記ハウジング内に侵入するように構成された粒子入口と、
流体が前記ハウジング内に侵入するように構成された流体入口と、
前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、
を備える分離装置。
【請求項２】
前記流体入口は、前記ハウジングの下部に前記粒子状物質が侵入するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
【請求項３】
前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の分離装置。
【請求項４】
前記出口は、前記ハウジングの下部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の分離装置。
【請求項５】
前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成され、前記ハウジングの下部から第２所定密度の粒子状物質が退出するように構成された第２出口をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の分離装置。
【請求項６】
前記粒子入口は、少なくとも一つのサイズ分離スクリーンを備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の分離装置。
【請求項７】
前記ハウジングが区分されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の分離装置。
【請求項８】
前記ハウジングは、前記スクリーンを通って流れる流体の分配を助けるように構成された少なくとも一つの分配スクリーンを備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の分離装置。
【請求項９】
複数の流体入口を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の分離装置。
【請求項１０】
前記流体入口は、前記ハウジングを横切って延びる多孔板の下方に位置することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の分離装置。
【請求項１１】
粒子状物質を分離するマルチステージ分離デバイスであって、
請求項１ないし１０のいずれかに記載の少なくとも二つの前記分離装置を備え、
第１分離装置の前記出口は、第２分離装置の前記粒子入口に粒子状物質を供給するように構成されることを特徴とするマルチステージ分離デバイス。
【請求項１２】
第１分離デバイスの前記出口と第２分離デバイスの前記粒子入口との間にサイズ分離スクリーンが配置されることを特徴する請求項１１に記載のマルチステージ分離デバイス。
【請求項１３】
分離装置を使用して粒子状物質を分離する方法であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に前記粒子状物質が侵入するように構成された粒子入口と、
前記ハウジング内に流体が侵入するように構成された流体入口と、
前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、
を備え、
前記粒子入口を通して前記ハウジング内に粒子状物質を侵入させるステップと、
前記流体入口を通して前記ハウジング内に前記流体を侵入させるステップと、
前記出口を通して前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質を退出させるステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
粉砕デバイスまたはミリングデバイスとともに使用するように構成された、粒子状物質を分離する分離装置であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に前記粒子状物質が侵入するように構成された粒子入口と、
前記ハウジング内に流体が侵入するように構成された流体入口と、
前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、
を備える分離装置。
【請求項１５】
前記流体入口は、前記ハウジングの下部に前記粒子状物質が侵入するように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の分離装置。
【請求項１６】
前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の分離装置。
【請求項１７】
前記出口は、前記ハウジングの下部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の分離装置。
【請求項１８】
前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成され、前記ハウジングの下部から第２所定密度の粒子状物質が退出するように構成された第２出口をさらに備えることを特徴とする請求項１４または１５に記載の分離装置。
【請求項１９】
前記粒子入口は、少なくとも一つのサイズ分離スクリーンを備えることを特徴とする請求項１４ないし１８のいずれかに記載の分離装置。
【請求項２０】
前記分離装置が区分されていることを特徴とする請求項１４ないし１９のいずれかに記載の分離装置。
【請求項２１】
前記装置ハウジングは、前記スクリーンを通って流れる流体の分配を助けるように構成された少なくとも一つの分配スクリーンを備えることを特徴とする請求項１４ないし２０のいずれかに記載の分離装置。
【請求項２２】
複数の流体入口を備えることを特徴とする請求項１４ないし２１のいずれかに記載の分離装置。
【請求項２３】
前記流体入口は、前記ハウジングを横切って延びる有孔板の下方に位置することを特徴とする請求項１４ないし２２のいずれかに記載の分離装置。
【請求項２４】
請求項１４ないし２３のいずれかに記載の少なくとも二つの分離装置を備える、粒子状物質を分離するマルチステージ分離デバイスであって、
第１分離装置の前記出口は、第２分離装置の前記粒子入口に粒子状物質を供給するように構成されることを特徴とするマルチステージ分離デバイス。
【請求項２５】
第１分離デバイスの前記出口と第２分離デバイスの前記粒子入口との間にサイズ分離スクリーンが配置されることを特徴とする請求項２４に記載のマルチステージ分離デバイス。
【請求項２６】
前記デバイスまたは装置が垂直スピンドル粉砕機内に据え付けられることを特徴とする請求項１４ないし２５のいずれかに記載のデバイスまたは装置。
【請求項２７】
分離装置を用いて粉砕デバイスまたはミリングデバイス内の粒子状物質を分離する方法であって、
前記分離装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内に前記粒子状物質が侵入するように構成された粒子入口と、
前記ハウジング内に流体が侵入するように構成された流体入口と、
前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、
を備え、
前記粒子入口を通して前記ハウジング内に粒子状物質を侵入させるステップと、
前記流体入口を通して前記ハウジング内に前記流体を侵入させるステップと、
前記出口を通して前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質を退出させるステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質を分離する装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、密度に基づいて鉱物を分離するのに有用であるその種の装置および方法に関する。
【０００２】
好適であるが限定でない実施形態において、本発明は、粉砕機（grinding mill）内で再循環する物質から密度に基づき鉱物材料を除去する特定のプロセスに関する。この特定のプロセスは、混成物が均質に近づくサイズまで破砕された特定の物質を選択するスクリーニングプロセスを使用する、サイズに基づく初期粒子選択を含む。続いて、第２プロセスを使用して、高密度材料から低密度材料を分離する。低密度材料が粉砕機内に戻される一方、高密度成分が除去されるか、または低密度材料が除去される一方、高密度成分が粉砕機内に戻される。
【背景技術】
【０００３】
本明細書における任意の従来公報（またはそれから導出される情報）への言及、または既知である任意の事項への言及は、従来公報（またはそれから導出される情報）または既知の事項が本明細書に関連する試みの分野における共通一般知識の一部を形成するものではないし、またそのように解釈されるべきではない。
【０００４】
石炭、石灰岩またはいくつかの他の材料の粉砕に使用される典型的な垂直スピンドル粉砕機８０が図１に示されている。粉砕機８１の中心を下って粉砕区画８２に供給原料が供給され、そこでより小さな粒子に粉砕される。これらの粒子は通常、粉砕機内を分類器８４まで空気搬送され（８３）、そこで微粒子８７から大粒子８６が分離されて、さらなる粉砕のために粉砕プロセス８２に戻される。この結果、粉砕機の粉砕区画８２から分類区画８４へと搬送され粉砕区画８２に戻される大粒子の再循環荷重が生じる。通常、粉砕機内の下部のホイール８５またはボールによって粉砕が実行され、通常は空気であるガスが粉砕区画８２の上に吹き付けられ（８８）、通常は粉砕機の上部に配置される分類器８４へと粉砕された材料が運ばれる。分類器８４内で退けられた大粒子は、通常、リジェクトシュートを介して下部粉砕区画８２に戻される。垂直スピンドル粉砕機の典型例が図１に示されており、発生する大粒子再循環プロセスが図２に示されている。図３は、典型的な垂直スピンドル粉砕機のさらなる詳細を示している。
【０００５】
この同じプロセスが典型的なボールミル１００内で生じる。ボールミルの例が図５および６に示されている。ボールミル内で、回転ドラム９０の端部内へと供給原料８１が供給される。大きなボール９５が供給原料を小さな粒子に粉砕する。粒子は分類器９４に空気搬送（９３）され、そこで微粒子９７から大粒子９６が分類され、さらなる粉砕のために粉砕プロセス８２に戻される。ボールミル内で粉砕区画８２にガスが吹き付けられ（９８）、粉砕された材料を分類器９４に搬送する。この場合、分類器は粉砕機とは別個に配置される。分類器９４内ではじかれた大きな粒子は、リジェクトシュート９６を介して粉砕区画８２に戻される。
【０００６】
粉砕機８１内に最初に供給される生の供給原料は、通常、別の一次鉱物によって互いに結合された異なる鉱物不純物を有する混成体からなる。この典型例は石炭および石灰岩であり、様々な不純物成分は、シリカ（砂）、黄鉄鉱（鉄）、カルシウムおよび／または（粘土成分内の）アルミナなどの鉱物を含んでもよい。これらは、個別の不純物の粒子または小塊の形で一次鉱物に組み込まれている。石炭の場合、一次鉱物材料は炭素であり、石灰岩の場合、一次鉱物材料は炭酸カルシウムである。ミリングプロセスは、供給原料を粉砕し、一次鉱物内の混成体を形成するあらゆる粒子を解放する。こうして、石炭の場合、砂、鉄、粘土の粒子が石炭の粒子に加えて生成される。
【０００７】
鉱物成分の分離は、異なる物理的または化学的特性、例えば電気抵抗や溶解度に基づき実行することができる。石炭の場合、アルミナ、カルシウムまたは粘土材料などの他の低密度鉱物から炭素を分離する必要がある場合、静電セパレータを使用して、高抵抗のアルミナまたはカルシウム材料から低抵抗の炭素を分離することができる。静電セパレータは、砂採掘業界において有用鉱物を分離するために使用されることが知られており、低密度材料または高密度材料のいずれかの分離度合いを増加させるために現在の鉱物除去プロセスに追加することができる。溶解度に基づくさらなる分離は、低密度または高密度材料の追加処理用の別の選択肢である。抽出された材料を洗浄すると、溶解成分を除去し、後で必要に応じて水を蒸発させることによって後に回収することができる。
【０００８】
これらの従来技術の分離プロセスは、所望の鉱物の選鉱を効率的に行えるように、不純物などを除去することを目的とする。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、粒子状物質を分離する既知の分離装置およびプロセスの改善、または少なくとも代替を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、密度に基づいて鉱物または他の粒子状物質の分離を実行する分離装置および分離方法を提供することを目的とする。
【００１１】
広範な形態では、本発明は、粒子状物質を分離する分離装置であって、ハウジングと、前記粒子状物質が前記ハウジング内に侵入するように構成された粒子入口と、流体が前記ハウジング内に侵入するように構成された流体入口と、前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、を備える分離装置を提供する。
【００１２】
好ましくは、前記流体入口は、前記ハウジングの下部に前記粒子状物質が侵入するように構成される。
【００１３】
また、好ましくは、前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成される。
【００１４】
また、好ましくは、前記出口は、前記ハウジングの下部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成される。
【００１５】
また、好ましくは、前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成され、前記分離装置は、前記ハウジングの下部から第２所定密度の粒子状物質が退出するように構成された第２出口をさらに備える。
【００１６】
また、好ましくは、前記粒子入口は、少なくとも一つのサイズ分離スクリーンを備える。
【００１７】
また、好ましくは、前記ハウジングが区分されている。
【００１８】
また、好ましくは、前記ハウジングは、前記スクリーンを通って流れる流体の分配を助けるように構成された少なくとも一つの分配スクリーンを備える。
【００１９】
また、好ましくは、前記装置は複数の流体入口を備える。
【００２０】
また、好ましくは、前記流体入口は、前記ハウジングを横切って延びる多孔板の下方に位置する。
【００２１】
さらに広範な形態では、本発明は、粒子状物質を分離するマルチステージ分離デバイスであって、上述した少なくとも二つの前記分離装置を備え、第１分離装置の前記出口は、第２分離装置の前記粒子入口に粒子状物質を供給するように構成されるマルチステージ分離デバイスを提供する。
【００２２】
好ましくは、第１分離デバイスの前記出口と第２分離デバイスの前記粒子入口との間にサイズ分離スクリーンが配置される。
【００２３】
さらに広範な形態では、本発明は、分離装置を使用して粒子状物質を分離する方法であって、ハウジングと、前記ハウジング内に前記粒子状物質が侵入するように構成された粒子入口と、前記ハウジング内に流体が侵入するように構成された流体入口と、前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、を備え、前記粒子入口を通して前記ハウジング内に粒子状物質を侵入させるステップと、前記流体入口を通して前記ハウジング内に前記流体を侵入させるステップと、前記出口を通して前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質を退出させるステップと、を含む方法を提供する。
【００２４】
さらに広範な形態では、本発明は、粉砕デバイスまたはミリングデバイスとともに使用するように構成された、粒子状物質を分離する分離装置であって、ハウジングと、前記ハウジング内に前記粒子状物質が侵入するように構成された粒子入口と、前記ハウジング内に流体が侵入するように構成された流体入口と、前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、を備える分離装置を提供する。
【００２５】
好ましくは、前記流体入口は、前記ハウジングの下部に前記粒子状物質が侵入するように構成される。
【００２６】
また、好ましくは、前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成される。
【００２７】
また、好ましくは、前記出口は、前記ハウジングの下部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成される。
【００２８】
また、好ましくは、前記出口は、前記ハウジングの上部から所定の密度の粒子状物質が退出するように構成され、前記装置は、前記ハウジングの下部から第２所定密度の粒子状物質が退出するように構成された第２出口をさらに備える。
【００２９】
また、好ましくは、前記粒子入口は、少なくとも一つのサイズ分離スクリーンを備える。
【００３０】
また、好ましくは、前記分離装置が区分されている。
【００３１】
また、好ましくは、前記装置ハウジングは、前記スクリーンを通って流れる流体の分配を助けるように構成された少なくとも一つの分配スクリーンを備える。
【００３２】
また、好ましくは、前記装置は複数の流体入口を備える。
【００３３】
また、好ましくは、前記流体入口は、前記ハウジングを横切って延びる有孔板の下方に位置する。
【００３４】
さらに広範な形態では、本発明は、上述した少なくとも二つの分離装置を備える、粒子状物質を分離するマルチステージ分離デバイスであって、第１分離装置の前記出口は、第２分離装置の前記粒子入口に粒子状物質を供給するように構成されることを特徴とするマルチステージ分離デバイスを提供する。
【００３５】
好ましくは、第１分離デバイスの前記出口と第２分離デバイスの前記粒子入口との間にサイズ分離スクリーンが配置される。
【００３６】
また、好ましくは、前記デバイスまたは装置が垂直スピンドル粉砕機内に据え付けられる。
【００３７】
さらに広範な形態では、本発明は、分離装置を用いて粉砕デバイスまたはミリングデバイス内の粒子状物質を分離する方法であって、前記分離装置は、ハウジングと、前記ハウジング内に前記粒子状物質が侵入するように構成された粒子入口と、前記ハウジング内に流体が侵入するように構成された流体入口と、前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、を備え、前記粒子入口を通して前記ハウジング内に粒子状物質を侵入させるステップと、前記流体入口を通して前記ハウジング内に前記流体を侵入させるステップと、前記出口を通して前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質を退出させるステップと、を含む方法を提供する。
【００３８】
添付の図面に関連して記載される、好適であるが限定ではない実施形態についての以下の詳細な説明から、本発明をより完全に理解することができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来技術の典型的な垂直スピンドル粉砕機の断面図である。
【００４０】
【図２】大粒子再循環プロセスを描いた従来技術の垂直スピンドル粉砕機である。
【００４１】
【図３】従来技術の垂直スピンドル粉砕機である。
【００４２】
【図４】流動化空気入口と粒子出口とを備える、垂直スピンドル粉砕機内に据え付けられた本発明を示す図である。
【００４３】
【図５】従来技術の典型的なボールミルである。
【００４４】
【図６】様々な粒子の流れを描いた従来技術の典型的なボールミルである。
【００４５】
【図７】ボールミル内に据え付けられた本発明を示す図である。
【００４６】
【図８】複数の分配スクリーンと、粒子入口上方のサイズ分離スクリーンと、ステージ間のサイズ分離スクリーンと、を備える本発明の２ステージ実施形態である。
【００４７】
【図９】本発明の区分化実施形態の上面図である。
【００４８】
【図１０】複数の空気供給、複数の分配スクリーン、粒子入口上方かつステージ間のサイズ分離スクリーンを備えるマルチステージ実施形態である。
【００４９】
【図１１】流体分配ボックス、有孔板、複数の分配スクリーンおよび粒子入口上方の分離スクリーンを備える単一ステージ実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図面を通して、特に指示のある場合を除き、同様の構造を識別するために同様の数字が使用される。
【００５１】
図４は、垂直スピンドル粉砕機１内に据え付けられた本発明の好適な実施形態を示し、図７はボールミル１１０内に据え付けられた好適な実施形態を示す。分離装置２は図８に詳細に示されている。分離装置は、ハウジング３と、粒子入口４と、流体入口５と、出口６とを備える。ハウジング３は典型的に鋼製であるが、任意の他の適切な材料または複合材であってもよい。典型的に、しかし限定ではない石炭、石灰岩または他の鉱物である粒子状物質が、粒子入口４を通して装置２内に入る。流体（通常は空気であるが、適切な特性を持ち粒子状物質と反応しない任意の他の流体であってもよい）が流体入口５を通して装置２内に入る。流体は圧縮されてもよい。当業者であれば理解するように、粒子状物質の密度、ハウジングの容積、分離対象の材料、および他の要因に基づき、粒子状物質と流体の間で適切な混合または流動化が発生するようにその最適な圧力を決定することができる。所定の密度の粒子状物質は、出口６を通って装置２から出る。例えば、一次材料が石炭の場合、シリカおよび黄鉄鉱などの高密度粒子が収集され、炭素などの低密度粒子が装置から出る。
【００５２】
好適な実施形態では、流体入口５は、装置ハウジング３の下部内に流体が入るように配置されている。これにより、流体が粒子状物質を通って流れ、粒子状物質を流動化する。低密度材料がハウジング３の上部に向かって落ち着くことができる一方、高密度材料は底に向けて移動する。
【００５３】
装置ハウジング３の上部から所定の密度の粒子状物質が出るように出口６が配置される。代替的に、所定の密度の粒子状物質が装置ハウジング３の下部から出るように出口７を配置することができる。図示の実施形態のように、装置２は、上部出口６と下部出口７の両方を備えてもよい。図４は、材料を粉砕プロセス８２に戻す上部出口６と、ミルリジェクトホッパー３１に接続する下部出口７と、を有する実施形態を示す。この材料は、粉砕プロセスから完全に取り除かれるかまたはさらなる処理を経験してもよい。
【００５４】
粒子入口４は、少なくとも一つのサイズ分離スクリーン８を備えてもよい。図示の実施形態では、第２分離スクリーン９も存在する。石炭の場合では、第１分離スクリーン８は約１０ｍｍ未満の粒子を通過させ（４１）、第２スクリーン９は約３ｍｍ未満の粒子を通過させる（４２）。これらは典型的な値に過ぎず、分類すべき特定の材料組成によって分離すべきサイズが決定される。第１スクリーン４３にとって大きすぎる材料、または第２スクリーン４４にとって大きすぎる材料は、典型的に粉砕プロセス８２に戻される。
【００５５】
図９は、固体スプリッタ板１０と有孔スプリッタ板２２とを用いて区分された分離装置２の一実施形態を示す。固体スプリッタ板１０を用いて分離装置２を区分すると、流動化されている材料の容積を限定することによって有効性が改善される。各区画は別個の出口７を有し、より小さなサイズにすると流体分配が改善され、装置の端部における高密度または低密度の材料の集積が防止される。
【００５６】
好適な実施形態は、ハウジング３を横切って流れる流体流の分配を助ける流動化ベッドバブルスクリーンまたは分配スクリーン１１を備える。特定エリア内で流れが速くなるとより高密度の粒子が上部に運ばれるようになるので、装置を横切る一定の流体流は密度分離をさらに有効にする。
【００５７】
図１０は、多数の流体入口５を持つ実施形態を示す。これは、ハウジング３内の流体の分配を改善することを狙う別の特徴である。良好に分配された流れを実現する別の方法が図１１に示されている。流体入口５が有孔板１２の下方に配置され、空気分配ボックス２１を形成している。この有孔板により、可能な限り均等な粒子状物質を含む流体がハウジング５の区画に入るようになる。高密度材料の除去に役立つように、この板が出口７に向けて傾けられてもよい。
【００５８】
図８および図１０は、二つのステージを有する実施形態を示す。いずれの場合も、第１ステージ１４の粒子出口６が第２ステージ１５の粒子入口に供給する。これらの実施形態では、分離スクリーン２０が第１ステージ１４の出口６と第２ステージ１５の粒子入口１３との間に配置される。これにより、低密度であるが特定のサイズよりは依然として大きい粒子を粉砕プロセス８２に戻すことができる一方、低密度かつ特定サイズ未満の粒子のみが第２ステージ１５に入ることができる。
【００５９】
本発明におけるプロセスは、様々な密度の鉱物材料の混成体が粉砕され高密度または低密度のいずれかの不純物が取り除かれる任意の粉砕プロセスに適用することができる。石炭が粉砕される公益事業、石灰岩が粉砕されるセメント産業に加えて、高密度または低密度の不純物をこのプロセスを用いて取り除くことができる製造業および鉱物処理産業における多くの他の用途が存在する。
【００６０】
粉砕プロセスは混成体を分解し、非一次鉱物材料のこれらの粒子、取り除くべき不純物を解放する。本発明の一部を形成してもよいスクリーニングプロセスは、所定のサイズを上回る粒子が密度セパレータに進入するのを停止するように設計されている。この結果、密度セパレータに進入する粒子は、一次鉱物によって拘束されている異なる鉱物粒子の混成体にはもはやならない程度まで、粉砕プロセスによって分解される。所定のサイズ未満の粒子は、一次鉱物材料から主に構成されるか、または除去の対象となりうる様々な不純物から構成される。例えば石炭の場合、除去の対象となる一次材料はシリカ（砂）および黄鉄鉱（鉄）であり、これらは一次鉱物材料の炭素よりも密度が高い。密度分離プロセスに入ることが許される粒子のサイズは、粉砕機内の循環する粒子の荷重をサンプリングし、一次鉱物をわずかに含む個別の粒子内でそれ未満の対象の不純物が集中する粒子サイズを割り当てることによって決定される。
【００６１】
図８に示す実施形態では、密度セパレータに入る材料のサイズを制限する物理分離プロセスは、２ステージのプロセスである。最初の分離は、再循環する材料の主要成分を形成する大粒子を分離するためのスロット付き鋼板（５ｍｍから１０ｍｍのスロット）で形成される一次スクリーン８を使用する。この後に、ほとんどの所定の対象粒子サイズ（通常は１ｍｍから３ｍｍの間）が密度セパレータ２に入るのを防止するために、密度セパレータ２への入口４に１ｍｍから３ｍｍだけ分かれた平行なくさびワイヤ部材で作成されるスクリーン９が続く。
【００６２】
スクリーニングプロセスは、以下を含む様々な物理分離プロセスを含んでもよい：
材料が通る間隔を空けた平行部材からなるスクリーン。小さい粒子はスクリーンを通って落ちるが、大きい粒子は平行部材により下方の空間に入らないようにする。
ある設定サイズの複数の穴を持つメッシュまたは中実板形態である設定分離部を持つ複数の横断部材を使用するふるい形態のスクリーン。隙間または穴のサイズよりも大きな粒子がスクリーンを越えて空間に入るのを防止する。
【００６３】
密度セパレータ３は、選択された小粒子が上部４に進入し、通常は収集またはさらなる処理のために、代替的にミリングプロセスへ戻すためにセパレータから抜け出し、高密度粒子が底から出る（７）垂直容器であってもよい。密度セパレータ２は、通常は空気である気体を使用して粒子を流動化し、通常はリジェクトシュート１７に入るスクリーンを通して、代替的に収集またはさらなる処理のためのセパレータから抜け出して、低密度粒子を上部に運ぶ（６）。流動化気体は、垂直容器３の底に配置された一つ以上の分配マニホルドから密度セパレータに入る。密度セパレータ２内には、一連の気体分配部材１１（通常は水平メッシュスクリーン）が気体入口マニホルド５の上方に配置されており、密度分離部３を等しく横切りその中に含まれる材料の至る所に流動化ガスが分配されるようにする。これにより、選択された小粒子の全てが流動化ガスによる影響を確実に受けるようになる。
【００６４】
したがって、密度セパレータ２内の粒子には二つの主要な力が作用する。すなわち、質量に比例し下方向に働く重力と、表面積および流動化ガスの上方流の関数であり上方向に働く粘性力である。その結果、高い質量対表面積比を持つ高密度粒子は、密度分離容器３の底を進む一方、低密度、低質量対表面積比の粒子は、流動化された粒子の上部まで上がってくる。密度の高い粒子を密度セパレータ２の上部に運ぶ増大するガス流を持つ流動化ガスによって、分離の度合いを制御することができる。こうして、密度セパレータの底で出口７から粉砕機へと高密度の粒子が除去または戻され、密度セパレータ２の上部で出口６から粉砕機へと低密度の粒子が除去または戻される。
【００６５】
石炭ミリング用途では、密度分離容器の上部で低密度材料が通常は粉砕機に戻されるが、他の鉱物を取り除くためにさらに処理することもできる。静電気セパレータを使用して、抵抗の高いカルシウムまたはアルミナ粒子から、抵抗の低い炭素粒子を分離することができる。このように、選択された粒子を三つの成分に分離することが可能である。すなわち、主にシリカおよび黄鉄鉱からなる高密度材料、カルシウムおよびアルミナ鉱物を含む粘土として通常は存在する低密度鉱物材料、および低抵抗、低密度の炭素である。これにより、主要な燃焼材料である粉砕された炭素から、燃焼プロセスから出る灰残渣を形成する非燃性の鉱物材料不純物の大半を除去することが可能になる。これらの鉱物材料不純物は、粒子材料、硫黄、重金属および塩素やフッ素などのハロゲンを含む、燃焼プロセスによって生成される汚染物質の大半を含む。図４は、垂直スピンドル石炭粉砕機１上のこの密度鉱物除去システム２の実装の典型例を示している。図３は、密度鉱物除去システムを持たない垂直スピンドル粉砕機であり、図４は粉砕機の下部内に密度鉱物除去システムを据え付けるための一般配置を示す。
【００６６】
この密度セパレータプロセスに伴う問題の一つは、粒子サイズに依存していることである。なぜなら、質量ひいては重力は粒子の体積、粒子直径の立方に比例し、粘性力は粒子面積、つまり粒子サイズの平方の関数であるからである。密度セパレータ内の全ての粒子がほぼ同一サイズである限り、これは重大な問題ではない。しかし、サイズの変化が大きいと、流動化ガス流が大きい場合は密度セパレータの上部に小さい密度の粒子が運ばれ、流動化ガス流が小さい場合は密度セパレータの底部に低密度のより大きな粒子が移動する。この問題を解決するため、マルチステージ密度セパレータを用いることも可能である。第１ステージ１４は、大きな粒子を分離するために大きな流動化ガス流を使用する。大きな高密度粒子はセパレータの底から取り除かれる（１８）。小さな粒子は、第１ステージ２０の上部から第２密度セパレータ内に入り、大きな低密度粒子６は除去されるかミリングプロセスに戻される。これは、第２密度セパレータ１５内に小さな粒子のみを通過させる二つのセパレータを分離するスクリーン１６を有することによって達成される。第２密度セパレータ１５は小さな粒子にのみ作用し、小さなガス流を有する。この小さな流動化ガス流は、第２ステージ密度セパレータの上部に小さな低密度粒子を運び、セパレータの底から密度の高い小さな粒子を取り除くことができる。
【００６７】
典型的な石炭粉砕機用途は、３ミリメートル未満の粒子を第１ステージ密度セパレータ１４内に入れるが、１ミリメートル未満の粒子に対して、第２ステージ密度セパレータ１５へのアクセスを制限する。図８は、垂直スピンドル石炭粉砕機上で２ステージ密度セパレータを使用する、この密度鉱物除去システム２の典型的な実装例を示している。
【００６８】
ガス流分配がより均等になると、密度分離もより効果的になる。粒子の区画を通した流れが大きくなると、密度セパレータの上部に高密度の材料が運ばれる一方、流れが小さくなると密度の低い材料を底に留めることができる。したがって、密度セパレータの底にガスが注入される（５）ときガスが良好に分配されるようにし、粒子ベッドを通して均等に流し続けて、特定のベッドの表面でガス流が均等に存在するようにすることが非常に重要である。流動化ベッドバブルスクリーンまたは分配スクリーン１１（図８に示す）は、粒子材料の流動化ベッドを通した均一なガス流分配を維持するのに役立つ。
【００６９】
中実または有孔スプリッタ板１０を用いて密度セパレータを区分し、流動化された材料の体積を制限し、これによって流動化ガスの効率と密度の高い材料の除去を改善する。区分化は、密度セパレータの端部における大粒子または微粒子の集積を防止し、これによって分離プロセスの有効性を制限する。各区画は、底部にある別個の高密度材料除去システム７と上部にある低密度除去システム６とを有し、これによって密度材料の除去と密度セパレータ内の材料の流動化を強化する。密度セパレータの区分けによって流動化ベッドのサイズを制限すると、固体粒子を通した流動化ガスの流れの分配が改善され、より一貫性のある分離が行われる。密度セパレータの底部で複数の除去ポイント７を設けると、除去ノズル１８に向けて傾けられた場合は特に、密度材料除去効率が高められる。この構成は図９に示されている。
【００７０】
流動化ガスの分配を改善しそれによって密度セパレータ内の材料の流動化を強化するために密度セパレータの底で複数の流動化ガスマニホルド５を使用すると、粒子内のガス流分配の均等化の改善によってセパレータ効率も改善される。これを実現する最適な方法は、上部１２（密度セパレータの底）に複数の穴を持つ各区画の底にガス分配ボックス２１を組み入れ、粒子ベッドの底の中に均等に流れが分配されるようにすることである。この構成は、複数の流動化ガスマニホルド５とともに図１０に示されており、密度セパレータの底の下方のガス分配ボックス２１とともに図１１に示されている。
【００７１】
微紛炭燃焼ボイラでの石炭ミリングプロセスにおける密度の高い鉱物の除去は、以下を含む多くの利点を有している。
粒子、ＳＯ２、ＳＯ３、Ｈｇ、重金属または他の有害性大気汚染物質（ＨＡＰＳ）による汚染の減少
粉砕機、燃料パイプ、バーナ内での、特にシリカ成分による浸食の減少
鉄の減少に起因するボイラ内の鉱滓の減少
粒子荷重の減少に起因するボイラの後部におけるファウリング（fouling）の減少
粉砕機内での摩擦問題に起因するメンテナンスおよびダウンタイムの減少
ミリング効率の増大に起因する粉砕機スループットの増加
鉱物材料成分の多い低品質石炭を燃焼する能力
【００７２】
セメントプロセスなどの他のミリング用途でこのプロセスを実施すると、多くの他の利点が生じる。他のプロセスは、窒素などの不活性ガスを必要とする燃焼性の高いまたは反応性の高い鉱物を分離し、空気を使用した場合に生じるような粒子との反応（酸化）を防止するように粒子材料を流動化することであってもよい。
【００７３】
上述した鉱物分離プロセスは、上記の実施例のように、様々な追加の分離プロセスによって、選択された物理的および／または化学的特性を持つ鉱物を提供するように改善することができる。これは、粉砕機への最初の供給時に混成体を持つ特定の鉱物をミリングプロセスで抽出するメカニズムの基礎を提供する。
【００７４】
当業者であれば、本明細書に記載した本発明の特定の実施形態に対し多数の変形および修正をなし得ることを理解するであろう。このような変形および修正の全ては、請求項に記載の本発明の範囲内にあるとみなされるべきである。
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年12月19日(2014.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕プロセスまたはミリングプロセスにおいて密度に基づき、ほぼ同一粒子サイズの一次鉱物を含む粒子状物質を分離する分離装置であって、
ハウジングと、
少なくとも一つのサイズ分離スクリーンを有し、前記粒子状物質が前記ハウジング内に侵入するように構成された粒子入口と、
流体が前記ハウジングの下部内に侵入して流体と粒子状物質がともに流動化ベッドを形成するように構成された流体入口と、
前記ハウジングの下部から第１の所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された第１出口と、
前記ハウジングの上部から、前記第１の所定の密度よりも小さい第２の所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された第２出口と、
を備える分離装置。
【請求項２】
前記流体入口により、十分な流速の流体を前記ハウジングに進入させると粒子状物質が流動化されるが、流速が不十分であると個々の粒子が流体内に浮遊することを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、スクリーンを通って流れる流体の分配を助けるように構成された少なくとも一つの分配スクリーンを有することを特徴とする請求項１または２に記載の分離装置。
【請求項４】
前記ハウジングは複数の前記分離スクリーンを有することを特徴とする請求項３に記載の分離装置。
【請求項５】
前記分離スクリーンのうち少なくとも一つは、前記粒子状物質を通過させるように構成されることを特徴とする請求項３または４に記載の分離装置。
【請求項６】
前記ハウジングが区分されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の分離装置。
【請求項７】
複数の流体入口を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の分離装置。
【請求項８】
前記流体入口は、前記ハウジングを横切って延びる多孔板の下方に位置することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の分離装置。
【請求項９】
前記粒子状物質が分類器から除去されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の分離装置。
【請求項１０】
前記粒子状物質が一次の石炭であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の分離装置。
【請求項１１】
前記粒子状物質が一次の炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の分離装置。
【請求項１２】
粒子状物質を分離するマルチステージ分離デバイスであって、
請求項１ないし１１のいずれかに記載の少なくとも二つの前記分離装置を備え、
第１分離装置の前記出口は、第２分離装置の前記粒子入口に粒子状物質を供給するように構成されることを特徴とするマルチステージ分離デバイス。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の装置またはデバイスを備える垂直スピンドルミル。
【請求項１４】
分離装置を使用する粉砕デバイスまたはミリングデバイスにおいてほぼ同一粒子サイズの粒子状物質を分離する方法であって、
前記分離装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内に前記粒子状物質が侵入するように構成され、少なくとも一つのサイズ分離スクリーンを有する粒子入口と、
前記ハウジング内に流体が侵入するように構成された流体入口と、
前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質が退出するように構成された出口と、
を備え、
前記粒子入口を通して前記ハウジング内に粒子状物質を侵入させるステップと、
前記流体入口を通して前記ハウジングの下部内に前記流体を侵入させ、流体と粒子状物質がともに流動化ベッドを形成するステップと、
前記出口を通して前記ハウジングから所定の密度の粒子状物質を退出させるステップと、
を含む方法。
【請求項１５】
十分な流速の流体が進入すると粒子状物質が流動化されるが、流速が不十分であると個々の粒子が流体内に浮遊することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記分離装置は第２出口を備え、
前記ハウジングの上部から低密度の粒子状物質が退出し、前記ハウジングの下部から高密度の粒子状物質が退出するステップを含む請求項１４または１５に記載の方法。
【国際調査報告】
2015512774.tif 000014
2015512774.tif 000015
2015512774.tif 000016