(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空球製造用の原料ガラス粒子を火炎中で発泡せしめて得られるガラス中空球を含む気体を、サイクロンエレメントを複数個内部に収容し、かつ、該サイクロンエレメントの直径が、１５０〜３００ｍｍφ、排気筒の直径が５０〜１５０ｍｍφであるマルチサイクロンに供給することを特徴とするガラス中空球の精製方法。
【請求項２】
ガラス中空球を含む気体を、それぞれのサイクロンエレメントに、流速５〜１５ｍ／ｓで供給する請求項１記載のガラス中空球の精製方法。
【請求項３】
ガラス中空球の主要化学組成が、ＳｉＯ2 ＝６０〜８０％、Ｎa2Ｏ＝２〜１２．５％、ＣａＯ＝１〜１５％、Ｂ2 Ｏ3 ＝１〜１５％である請求項１または２記載のガラス中空球の精製方法。
【請求項４】
精製されたガラス中空球の平均比重が０．１〜０．８である請求項１〜３の何れかに記載のガラス中空球の精製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス中空球の精製方法、特に火炎中で原料ガラスを発泡させて得られる耐水性に優れたガラス中空球の精製方法にかかるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス中空球は、ガラスバルーン又はガラスバブルとも呼ばれ、近年その用途は益々広がりつつあり、特に、自動車用の各種合成樹脂の添加剤、塗料、パテ、接着剤等の添加剤の他、建築材料や教材用途にもその用途が広がりつつある。
【０００３】
かかるガラス中空球は、中空球製造用のガラスフリットを粉砕して、所定の粒度に調整した後、これを火炎中に通過せしめ、発泡させることにより製造される。すなわち、火炎中にガラス粒子を通過させる際に、ガラス粒子が膨張し、中空球となるのであるが、それと同時に、粒子中の一部揮散しやすい分子が火炎反応により大気中に揮散する。この揮散分子は、その後雰囲気温度が低下すると、析出して微粒子( 揮散微粒子 )となって、ガラス中空球とともに捕集される。そしてさらには、該ガラス中空球の表面に付着するに到る。
【０００４】
この付着成分は、主にアルカリ成分からなるアルカリ微粒子であって、おそらく数μｍ〜サブミクロン程度の、極めて微小な粒子、またはその凝集体である。
中空球を樹脂や塗料の添加剤として使用した場合、アルカリ微粒子が多いと、樹脂と反応が生じて、これらを劣化させ、また樹脂が発泡したり、樹脂相互の接着性を阻害するおそれがあった。
【０００５】
特に、アルカリ分が多いガラス中空球は吸湿性が高く、耐水性が悪くなり、樹脂の流動性を阻害し、樹脂に混合すると好ましくない縞模様が現れたりする。したがって、中空球を精製して、これらアルカリ微粒子成分を除去することが要請される。
【０００６】
従来、これら付着成分を除去して、ガラス中空球を精製するためには、捕集後、水洗してこれらアルカリ付着微粒子を溶解除去することが行われていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水洗による精製方法を採用した場合、確かにアルカリ微粒子自体は溶解除去されるため、これに起因した耐水性は向上するものの、ポンプ等による圧送過程で、ガラス中空球の破壊が発生し、製品たるガラス中空球の比重が重くなってしまう。また、水洗工程で、長時間水中にあるため、強度劣化の原因となり、さらに、水洗後の乾燥工程においてガラス中空球粒子の飛散を伴うため、回収率が低下するという問題点がある。
【０００８】
一方、特公平２−２７２９５号に、原料ガラス粒子を火炎中で発泡せしめて得られたガラス中空球を、空気と混合冷却した後、サイクロン装置を使用して、ガラス中空球をガス流と分離することが開示されている( 同公報第７欄第４０行〜第８欄第３７行 )。しかしながら、該公報には、固体−気体の分離を行うサイクロン装置を使用して、気体とガラス中空球の分離を行うことが示されてはいるが、その際、アルカリ微粒子を気体とともに分離し、ガラス中空球を精製する、と云う技術思想はない。
【０００９】
本発明者らの検討したところによれば、通常のサイクロンによりガラス中空球をガス流体と分離する場合は、処理流体の供給速度が大きくなるにつれて、ガラス中空体の回収率も大きくできるが、一方でアルカリ微粒子の分離が悪くなってしまう。更にこの場合、工程中での圧力損失が大きくなるため、排気ファンの増強等のため設備が大型化するという問題点があった。また、通常のサイクロンによる場合、サイクロンへのガス供給速度を大きくすることにより、供給速度の増加とともに、サイクロン内壁等への衝突によって破壊されるガラス中空球の割合が無視できなくなるという問題点も存在することを見出した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明に従えば、中空球製造用の原料ガラス粒子を火炎中で発泡せしめて得られるガラス中空球を含む気体を、サイクロンエレメントを複数個内部に収容し、かつ、該サイクロンエレメントの直径が、１５０〜３００ｍｍφ、排気筒の直径が５０〜１５０ｍｍφであるマルチサイクロンに供給することを特徴とするガラス中空球の精製方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
本発明においては、ガラス中空球を得るために、原料ガラス粒子として粉砕された平均粒径２０〜４０μｍ程度のガラスフリットを使用する。
【００１３】
好ましいガラスフリットの組成はつぎのとおりである( ％は重量％を示す。以下同じ。) 。
【００１４】
【表１】
ＳｉＯ2 ＝５８〜７５％            好ましくは        ６０〜７０％
Ｎa2Ｏ＝３〜１２．５％            好ましくは          ４〜１０％
ＣａＯ＝５〜１５％                好ましくは          ７〜１２％
Ｂ2 Ｏ3 ＝２〜２５％              好ましくは          ３〜１９％
Ｂ2 Ｏ3 ／Ｎa2Ｏ＝０．４〜４．５  好ましくは        ０．８〜３．５
【００１５】
ガラスフリット微粒子を中空球に発泡するための手段としては特に制限はなく、公知の手段が採用されうる。例えば、空気にこのガラスフリットの粉砕品を混合したものを搬送して、ＬＰガスのような燃料ガスと混合し、バーナーより火炎を形成させながら流出させる。通常、１０００〜１５００℃の火炎中を、通過せしめる。かくして、発泡率が７０〜９０％( 水に投入せしめて浮上した密度１．０以下のガラス中空球の重量割合 )のガラス中空球を得ることができる。
【００１６】
このようにして、上記のガラスフリットから、以下のような組成を有するガラス中空球を得ることができる。
【００１７】
【表２】
ＳｉＯ2 ＝６０〜８０％            好ましくは    ６５〜７５％
Ｎa2Ｏ＝２〜１２．５％            好ましくは      ３〜８  ％
ＣａＯ＝５〜１５％                好ましくは      ８〜１３％
Ｂ2 Ｏ3 ＝１〜１５％              好ましくは      ２〜１２％
Ｂ2 Ｏ3 ／Ｎa2Ｏ＝０．４〜４．０  好ましくは    ０．８〜３．０
【００１８】
なお、得られた中空球の粒径は４０〜６０μｍ程度であり、これよりずっと粒径の小さいアルカリ微粒子、または、その凝集体が混入している。
【００１９】
さて、本発明において以上の組成を有するガラス中空球は、火炎燃焼排ガスに同伴されて連続的に得られ、これをサイクロンエレメントを複数個内部に収容したマルチサイクロンに供給して、ガラス中空球を排ガスおよび空気と分離してマルチサイクロン下部から回収するとともに、アルカリ微粒子は、該気体とともにマルチサイクロン上部の排気筒から流出させるようにする。
【００２０】
サイクロンは、基本的に円筒形本体( 単にサイクロン本体ともいう )、該円筒形本体の下部のコニカル部、および、該円筒形本体上部の同軸の排気筒から主としてなる装置であって、供給された含塵ガス等の微粒子含有流体に該円筒部で旋回流を与え、該ガス中の微粒子は、該旋回流による遠心力を受けて、円筒形本体の半径方向外側に移動し、壁面に到達した後、壁面に沿って下降し、コニカル部の下部の開口部から取り出されるものである。一方、微粒子を除去された流体は、円筒形本体中心部を旋回上昇し、排気筒を経て、排出されるのである。
【００２１】
本発明で使用されるマルチサイクロンは、図１に縦断面図で模式的に示したように、上記のような形状・作用を奏するサイクロンエレメント１０，１０’，・・・を内部に多数並列に設置・収容した大型サイクロン体２０であって、該サイクロン体２０は、少なくとも (ｉ) 処理すべき微粒子含有気体Ａの集合導入口３０、(ii)および微粒子除去後の気体Ｂの集合排気口４０を上部に、(iii) 分離された微粒子Ｃの集合排出口５０を下部に備えているものである。
【００２２】
該集合導入口３０からサイクロン体内部に導入された微粒子含有気体Ａは、さらに、各々のサイクロンエレメント１０，１０’，・・・に分配導入される。気体の導入は、サイクロンエレメントの接線方向( これを、接線型サイクロン／渦巻き型ともいう )であってもよいが、好ましくは、図に示したように、サイクロンエレメントの導入管近傍に入口案内羽根( ガイドベーン )６０，６０’，・・・を設けて( これを軸流式案内羽根サイクロンという )、微粒子含有気体ａに案内羽根の作用で下降旋回流を与えるようにしたものが望ましい。
【００２３】
各々のサイクロンエレメントの中では、上記した作用により、それぞれ、微粒子含有気体ａが処理され、分離された微粒子は、サイクロンエレメントの下部からｃとして、一方、微粒子を除去された気体( 清浄気体とも云う )ｂは、サイクロンエレメントの排気管７０、７０’から、それぞれ排出される。そして、最終的には、大型サイクロン体の集合排出口５０から分離微粒子Ｃが、同じく、集合排気口４０から清浄気体Ｂが、それぞれ集合した形で排出されるのである。
【００２４】
本発明においては、サイクロンエレメントを複数個内部に収容したマルチサイクロンを用いる。収容するサイクロンエレメントの個数は、とくに制限はなく適宜選択可能であるが、通常４本〜１０００本、好ましくは１０本〜５００本である。サイクロンエレメントの直径Ｄは、それぞれ、１５０〜３００ｍｍφ、好ましくは１６０〜２７０ｍｍφであり、サイクロンエレメントからの排気筒の直径ｄe は５０〜１５０ｍｍφ、好ましくは５０〜１００ｍｍφであることが望ましい。なお、排気筒について図のように下部に絞り( オリフィス )８０を設けてある場合には、このオリフィスの最小直径を排気筒の直径ｄe として使用する。また、サイクロンエレメントの円筒部の高さ、および円錐部( コニカル部 )の高さは、それぞれ、直径Ｄの１倍〜３倍程度の範囲で選択することができる。
【００２５】
サイクロンエレメント直径Ｄがこれより小さい場合は、精製回収効率は良好であるが、多数あるサイクロンエレメントのそれぞれについて工程での詰まりや堆積が頻発して全体としてメンテナンスの煩雑さが限度を越え、量産には耐えないことになる。一方、本体直径がこれより大きい場合は、逆に量産には適しているが、回収効率が大きく低下してしまい論外である。
【００２６】
また、排気筒の直径ｄe が、これより小さい場合は、個々のサイクロンエレメントの精製回収効率は良好であるが、マルチサイクロン( すなわち、大型サイクロン体 )としての入口、出口間( すなわち集合導入口−集合排気口間 )の全体としての圧力損失が非常に高くなり、このための排気ファンまたは送風機として著しく大型のものを使用しなければならなくなるので、エネルギー効率の面から、これまた実際的ではない。逆に、排気筒の直径がこれより大きい場合は、精製回収効率が大きく低下してしまい、問題にならない。
【００２７】
つぎに、サイクロンに供給する気体流速について述べる。通常の集塵操作においては、サイクロンへの導入速度、すなわち、導入口の断面積( ｍ2 ) 当たりの気体流量( ｍ3 ／ｓ )、すなわち導入流速( ｍ／ｓ )は大きい程、分離効率( 回収効率 )が高くなること、および、それ以上にすると、圧力損失が大きくなることを考慮し、通常、１５ｍ／ｓを越えるような流速で上限としては２０ｍ／ｓ程度を採用している。この場合、回収率として、９８％〜９９％程度が期待できるとされている。
【００２８】
しかしながら、注意しなければならないことは、本発明が対象としているような、ガラス中空球の精製のような場合は、全く事情が異なることである。なぜなら、本発明者らが見出したところによれば、もし、通常の集塵操作の好ましい導入条件である１５〜２０ｍ／ｓのような流速でガラス中空球をサイクロンに供給した場合には、回収率が上がるどころか、サイクロン内壁への衝突等のために、相当量のガラス中空球がサイクロン内部で破損・破壊されてしまうと云う致命的な問題が起きる。中空組織が破壊されたガラス球は、もはやガラス中空球ではなく、商品価値の低い単なるガラス粒子にすぎないのである。すなわち、比重がガラス中空球としての所定の比重( ０．１〜０．８ )を越えて大きく逸脱したものとなり、商品価値は著しく低下する。
【００２９】
一方、ガラス中空球の破損・破壊を避けるため、気体導入流速を下げた場合、特に５ｍ／ｓより下げた場合は、回収率が下がるとともに、配管中で、閉塞が避けられなくなり、これまた好ましくない。本発明においては、従って、ガラス中空球を含む気体は、それぞれのサイクロンエレメントに、好ましくは流速５〜１５ｍ／ｓ、さらに好ましくは７〜１０ｍ／ｓで供給される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に従えば、アルカリ微粒子の分離を十分大きく保持し、かつ、精製品回収率を大きくすることができ、さらに、ガラス中空球の比重が小さい場合も、工程中における破壊を防止することができる。すなわち、具体的には、サイクロンエレメントの数を、ガラス中空球を含有する気体の供給流量の増加にあわせて、例えば数本から数百本まで、増加させ適宜選択することにより、個々のサイクロンエレメント当たりの処理流量を、常に最適流量および最適条件に容易に確定することができる。具体的には、本発明の精製方法に従えば、ガラス中空球の平均比重が０．１〜０．８、より好ましくは、０．２〜０．５と広範囲に対応し、精製品の回収率８５〜９０％、より好ましくは、９０％以上を達成することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的範囲がこれに限定されるものではない。
▲１▼  なお、精製品回収率はつぎのようにして算出した。
【００３２】
精製品回収率＝( 回収されたガラス中空体重量／供給したガラス中空体重量 )
▲２▼  また回収品平均比重はＡＳＴＭ  Ｄ２８４１に従い、空気比較式ピクノメータを使用して測定した。
▲３▼  微粒子精製分離効率は、アルカリ度に対応する精製ガラス中空球のＰＨで表示した。ＰＨの測定方法は１００ccの純水にガラス中空球１ｇを投入して１０分間攪拌した後、ＰＨメーターで測定することによった。
【００３３】
〔実施例１〕
ガラス中空球製造用ガラスフリットを平均粒径３０μｍに粉砕し、温度１４００℃の火炎中を通過せしめることにより、発泡させた。得られたガラス中空球および揮散微粒子を、３００ｍ3 ／分の火炎燃焼排ガスと共に、マルチサイクロンに供給した。
【００３４】
この時得られたガラス中空球の組成は以下のとおりであった。
【００３５】
【表３】
ＳｉＯ2 ＝７０．５％
Ｎa2Ｏ  ＝  ４．８％
ＣａＯ  ＝１１．１％
Ｂ2 Ｏ3 ＝  ７．７％
その他  ＝  ５．３％
Ｂ2 Ｏ3 ／Ｎa2Ｏ＝１．６
【００３６】
使用したマルチサイクロンは、サイクロンエレメント直径Ｄ１６５ｍｍ、排気筒直径ｄe ５０ｍｍのものを、３５本収容したサイクロン体である。サイクロンエレメントは図１に示したように、入口案内羽根を設けた軸流式案内羽根型のサイクロンであって、処理気体の供給速度は１５ｍ／ｓであった。
【００３７】
精製ガラス中空球回収率( 精製品回収率 )は９６％、精製ガラス中空球の平均比重( 回収品平均比重 )は０．８０であった。また、ＰＨは８．６であった。
【００３８】
〔実施例２〕〜〔実施例６〕
原料ガラス粒子に含まれる発泡剤の含有量を変えることにより得られるガラス中空球の平均比重を表４に示したものにした。更にマルチサイクロンとして、サイクロンエレメント本数、サイクロンエレメント直径、排気管直径をそれぞれ、表４に示したものを使用し、かつ、サイクロンエレメントへの処理気体の供給速度を表４に示したように変更した他は、実施例１と同様の実験を行った。精製品の回収率、平均比重、およびＰＨ値を実施例１の結果と併せて表４に示した。
【００３９】
【表４】
0003970991.tif 000002
【００４０】
〔比較例１〕
実施例１の条件でガラスフリットを発泡処理させて得られたガラス中空球( 平均比重が０．３６になるように、原料ガラス粒子中の発泡剤の含有量を調整 )および揮散微粒子を、バグフィルターにより捕集し、これを水洗して揮散微粒子を溶解除去し、さらに乾燥した。
【００４１】
精製品回収率は６５％であった。また、水洗前の捕集品のＰＨは８．９、水洗後は８．６であった。
【００４２】
〔比較例２〕〜〔比較例３〕
サイクロンとして、マルチサイクロンに代えて、サイクロン直径１８００ｍｍφ、排気筒直径９００ｍｍφの単一のサイクロンを使用し、得られるガラス中空球の平均比重が０．６０になるように原料ガラス粒子中の発泡剤の含有量を調整し、かつ、処理気体の流量を変えた他は、実施例１と同様の実験を行った。
【００４３】
精製品回収率およびＰＨ値を比較例１の結果と併せて表５に示した。
【００４４】
〔比較例４〕〜〔比較例５〕
マルチサイクロンとして、サイクロンエレメント本数、サイクロンエレメント直径、排気管直径をそれぞれ、表５に示したものを使用し、かつ、サイクロンエレメントへの処理気体の供給速度を表５に示したように変更した他は、実施例１と同様の実験を行った。精製品回収率およびＰＨ値を表５に示した。
【００４５】
【表５】
0003970991.tif 000003
【００４６】
表４および表５から明らかなように、本発明のマルチサイクロンを用いてガラス中空球を精製することにより、回収品平均比重０．１〜０．８のいずれの場合でも、精製品回収率８５〜９６％と高く、また、精製品のＰＨ値は８．６であり、水洗品のＰＨが８．６であることを考慮すると、水洗をすることなく十分な耐水性を有していることがわかる。
【００４７】
これに比較して、水洗による精製方法の場合は、精製品回収率が低く、ガラス中空球の損失が非常に大きいことがわかる。また、単一サイクロンによる精製方法の場合は、精製品回収率が著しく低いことがわかる。一方、この場合、回収率を高めると、回収品ＰＨが増加してしまう。マルチサイクロンを使用する精製方法の場合であっても、比較例４や比較例５の場合は、分離効率が低く、精製品回収率が低かった。また、比較例５の場合は、旋回流による遠心力が弱いため、この条件で運転した場合、サイクロン内部や配管の閉塞やブリッジングが発生しやすく、長時間の運転は困難であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するためのマルチサイクロン装置を示す縦断面図
【符号の説明】
１０  サイクロンエレメント
１０’サイクロンエレメント
２０  大型サイクロン体
３０  集合導入口
４０  集合排気口
５０  集合排出口
６０  入口案内羽根( ガイドベーン )
６０’入口案内羽根( ガイドベーン )
７０  サイクロンエレメント排気管
７０’サイクロンエレメント排気管
８０  排気管先端オリフィス
８０’排気管先端オリフィス
Ａ    微粒子含有気体
Ｂ    清浄気体
Ｃ    分離微粒子
Ｄ    サイクロンエレメントの本体直径
ａ    サイクロンエレメントに流入する微粒子含有気体
ｂ    サイクロンエレメントからの清浄気体
ｃ    サイクロンエレメントからの分離微粒子
ｄe   サイクロンエレメントの排気管の直径
【図１】
0003970991.tif 000004