(57)【要約】【課題】撹拌効率を高めることが可能な撹拌装置を提供する。【解決手段】内側壁の周辺に蛇管が設けられた角型の撹拌槽の内部にて少なくとも２種以上の原料を撹拌する撹拌装置であって、前記撹拌槽の内部に垂直に設けられた回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、前記原料に第１の流れを形成する第１の撹拌翼と、前記内側壁に沿って配置された邪魔板とを備え、前記邪魔板は、前記原料の液面において前記原料に対して前記回転軸が回転する方向に初速度を付加することを特徴とする撹拌装置により上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側壁の周辺に蛇管が設けられた角型の撹拌槽の内部にて少なくとも２種以上の原料を撹拌する撹拌装置であって、
前記撹拌槽の内部に垂直に設けられた回転軸と、
前記回転軸に取り付けられ、前記原料に第１の流れを形成する第１の撹拌翼と、
前記内側壁に沿って配置された邪魔板と
を備え、
前記邪魔板は、前記原料の液面において前記原料に対して前記回転軸が回転する方向に初速度を付加することを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】
前記邪魔板は、前記邪魔板から前記回転軸に向かう方向に対して、前記回転軸が回転する方向に０°以上４５°以下の角度で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撹拌装置。
【請求項３】
前記邪魔板は、前記回転軸の中心軸に対して４回の回転対称性を有するように複数個配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撹拌装置。
【請求項４】
前記邪魔板は、前記撹拌槽の４つの角周辺に配置されてい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撹拌装置。
【請求項５】
前記邪魔板の平面視における長さは、前記撹拌槽の一辺の長さの１／８０から１／４の範囲内であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の撹拌装置。
【請求項６】
前記第１の撹拌翼よりも垂直方向の上部において前記回転軸に取り付けられ、前記原料に前記第１の流れとは異なる第２の流れを形成する第２の撹拌翼を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の撹拌装置。
【請求項７】
前記原料は、ニッケルと硫黄とを含む粉状物質を硫黄の融点以上に加熱することにより生成される固液スラリーであ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撹拌装置。
【請求項８】
ニッケルと硫黄とを含む粉状物質を硫黄の融点以上に加熱することにより、固液スラリーを生成する溶融工程と、
請求項１から６のいずれか一項に記載の撹拌装置により、前記固液スラリーを撹拌する撹拌工程と、
前記撹拌された前記固液スラリーを固液分離する固液分離工程と、
を有することを特徴とするニッケル粉末の製造方法。
【請求項９】
前記溶融工程では、前記固液スラリーの粘度が２０ｃＰ以下となるように前記粉状物質を加熱することを特徴とする請求項８に記載のニッケル粉末の製造方法。
【請求項１０】
前記溶融工程は、前記撹拌工程と同一の装置を用いて行われることを特徴とする請求項８又は９に記載のニッケル粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撹拌装置及びニッケル粉末の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角型の撹拌槽内の中央部に、撹拌翼が取り付けられた回転軸を設け、撹拌翼の回転により液体と粉体とを撹拌混合する撹拌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。角型の撹拌槽を用いると、単位面積当たりの容積効率を高めることができる。
【０００３】
また、撹拌槽の内側壁の周辺に加熱用の蛇管が設けられた撹拌槽を用いてニッケルと硫黄とを含む粉状物質を加熱しながら撹拌し、ニッケルと硫黄とを分離する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、単位面積当たりの容積効率を高めるために角型の撹拌槽を用いる場合、撹拌槽の内側壁の周辺に蛇管が設けられていると、蛇管の内側と外側の液体の流れが制約される。このため、撹拌翼から下向きに吐出された液体は、撹拌槽の底部に沿って広がり、底部と蛇管の下の隙間を通った後、撹拌槽の内側壁と蛇管との間を通って上昇し、液面に到達する。
【０００６】
流体シミュレーションによると、図１６に示すように、撹拌槽の内側壁に沿って上昇した液体は液面を押し上げた後に上昇速度を失い下降するため流速が急激に低下し、撹拌槽の中を下方に向かって流れる。その結果、液面には大きな失速領域が発生し、十分に撹拌できない場合がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑み、撹拌効率を高めることが可能な撹拌装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成する本発明の一態様に係る撹拌装置は、内側壁の周辺に蛇管が設けられた角型の撹拌槽の内部にて少なくとも２種以上の原料を撹拌する撹拌装置であって、前記撹拌槽の内部に垂直に設けられた回転軸と、前記回転軸に取り付けられ、前記原料に第１の流れを形成する第１の撹拌翼と、前記内側壁に沿って配置された邪魔板とを備え、前記邪魔板は、前記原料の液面において前記原料に対して前記回転軸が回転する方向に初速度を付加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
開示の撹拌装置によれば、撹拌槽の内側壁に沿って配置された邪魔板により原料の液面の流れに乱れを付加することで、液面全体の流速を上げることができるので、撹拌効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の撹拌装置の概略図である。
【図２】邪魔板の配置角度を説明する図である。
【図３】本実施形態の撹拌装置の他の例を示す概略図である。
【図４】本実施形態の撹拌装置の更に他の例を示す概略図である。
【図５】本実施形態のニッケル粉末の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】実施例１の撹拌装置の概略図である。
【図７】実施例２の撹拌装置の概略図である。
【図８】実施例３の撹拌装置の概略図である。
【図９】実施例４の撹拌装置の概略図である。
【図１０】比較例の撹拌装置の概略図である。
【図１１】実施例１の撹拌装置を用いて固液スラリーを撹拌したときの液面の流速を示すコンター図である。
【図１２】実施例２の撹拌装置を用いて固液スラリーを撹拌したときの液面の流速を示すコンター図である。
【図１３】実施例３の撹拌装置を用いて固液スラリーを撹拌したときの液面の流速を示すコンター図である。
【図１４】実施例４の撹拌装置を用いて固液スラリーを撹拌したときの液面の流速を示すコンター図である。
【図１５】比較例の撹拌装置を用いて固液スラリーを撹拌したときの液面の流速を示すコンター図である。
【図１６】角型の撹拌槽における液体の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の撹拌装置及びニッケル粉末の製造方法の一例について実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【００１２】
（撹拌装置）
本実施形態の撹拌装置について、図１に基づき説明する。図１は、本実施形態の撹拌装置の概略図である。
【００１３】
図１に示すように、撹拌装置は、撹拌槽１０の内部にて少なくとも２種以上の原料を撹拌する装置であって、撹拌槽１０と、回転軸２０と、第１の撹拌翼３０と、邪魔板５０とを備える。原料としては、例えば、ニッケルと硫黄とを含む粉状物質を硫黄の融点以上に加熱することにより生成される固液スラリーが挙げられる。
【００１４】
撹拌槽１０は、撹拌対象の原料が投入される容器であり、内側壁の周辺に蛇管１１が設けられた角型の形状を有する。図１では、撹拌槽１０の４つの角部に、それぞれ内側壁から所定の間隔を置いて４つの蛇管１１が設けられている。撹拌槽１０が角型の容器であるので、複数個を隣接して配置する場合、円筒型の容器である場合と比較して単位面積当たりの容積効率を約２０％高めることができる。撹拌槽１０の上部は開口しており、撹拌槽１０の上部から撹拌対象の原料が投入される。
【００１５】
蛇管１１は、螺旋状に形成された管であり、蛇管１１の管内部に、例えば蒸気等の熱媒を流すことで撹拌槽１０の内部を加熱することができ、また、水等の冷媒を流すことで撹拌槽１０の内部を冷却することができる。例えば、撹拌槽１０の内部にてニッケルと硫黄とを含む粉状物質を投入して撹拌する場合、蛇管１１の管内部に熱媒を流すことで撹拌槽１０の内部を硫黄の融点以上、ニッケルの融点未満の温度に加熱する。
【００１６】
回転軸２０は、撹拌槽１０の内部に垂直に設けられている。回転軸２０の下端には、回転軸２０を回転駆動するモータ２１が設けられている。図１では、回転軸２０は撹拌槽１０の底部の中央部からモータ２１を介して垂直方向（Ｙ方向）に設けられている。
【００１７】
第１の撹拌翼３０は、回転軸２０に取り付けられている主翼である。第１の撹拌翼３０は、回転軸２０を回転中心として回転することで、回転軸２０と平行な方向の流れ（第１の流れ）を形成する。第１の撹拌翼３０としては、例えばプロペラ、ピッチドパドル形、傾斜タービン形等、種々の形状の撹拌翼を用いることができるが、撹拌効率を高めることができるという観点から、ピッチドパドル形の撹拌翼であることが好ましい。また、第１の撹拌翼３０の数は、撹拌対象の原料の粘度、撹拌槽１０の大きさ等に応じて選択することができ、例えば１つであってもよく、２つ以上であってもよい。図１では、３つのブレードを有する３枚プロペラが、撹拌槽１０の高さ方向（Ｙ方向）における中央部と下部とにおいてそれぞれ回転軸２０に取り付けられている。
【００１８】
邪魔板５０は、撹拌槽１０の内側壁に沿って配置されており、原料の液面において原料に対して回転軸２０が回転する方向に初速度を付加するものである。これにより、液面には、渦を伴うような流れ（旋回流）が発生するため、液面の流速を上昇させて撹拌効率を高めることができる。図１では、撹拌槽１０の内側壁に沿って、原料の液面において原料に対して回転軸２０が回転する方向（Ｒ方向）に初速度を付加するように溶接等によって邪魔板５０が取り付けられている。
【００１９】
邪魔板５０の配置角度について、図２に基づき説明する。図２は、邪魔板の配置角度を説明する図である。図２に示すように、邪魔板５０の配置角度θは、内側壁に取り付けられている邪魔板５０の一端５０ａから回転軸２０の中心軸に向かう方向に対して、回転軸２０が回転する方向（Ｒ方向）に０°以上４５°以下の角度であることが好ましい。配置角度θを０°以上とすることにより、邪魔板５０によって発生する旋回流と第１の撹拌翼３０が回転する方向とが同一方向となるため、特に強い旋回流を発生させることができる。また、配置角度θを４５°以下とすることにより、液面での旋回流の生成力が強くなる。
【００２０】
邪魔板５０は、回転軸２０の中心軸に対して４回の回転対称性を有するように複数個配置されていることが好ましい。これにより、各邪魔板５０により発生する液体の流れが強め合い、特に強い旋回流を発生させることができる。
【００２１】
邪魔板５０は、撹拌槽１０の４つの角周辺に配置されることが好ましい。撹拌槽１０の内側壁の角周辺は、液体の流れが滞留するデッドゾーンになりやすいが、邪魔板５０を撹拌槽１０の４つの角周辺に配置することで、デッドゾーンの発生を抑制することができる。
【００２２】
邪魔板５０の平面視における長さＬは、メンテナンス性及び旋回流を発生させる効果の観点から、撹拌槽１０の一辺の長さの１／８０から１／４の範囲内であることが好ましい。
【００２３】
邪魔板５０の高さＨ１は、原料の液面において原料に対して回転軸２０が回転する方向に初速度を付加することが可能で、かつ、蛇管１１に接触しない長さとすることが好ましい。邪魔板５０の高さＨ１は、例えば、撹拌槽１０の高さを３．３ｍとした場合、２００ｍｍ以上、４００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
邪魔板５０の基準液面ＦＬから突出する高さＨ２は、例えば、撹拌槽１０の高さを３．３ｍとした場合、１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下であることが好ましい。邪魔板５０の基準液面ＦＬから突出する高さＨ２が１００ｍｍ以上であると、原料を撹拌する際に液面が邪魔板５０を乗り越えることを抑制できる。また、邪魔板５０の基準液面ＦＬから突出する高さＨ２が３００ｍｍを超えても邪魔板５０が液面で旋回流を発生させる効果はほとんど変化せず、撹拌装置の高さが高くなるだけであるためである。なお、基準液面ＦＬとは、原料を撹拌していないときの液面の高さである。
【００２５】
本実施形態では、撹拌装置が第１の撹拌翼３０を有する形態について説明したが、撹拌装置は、図３に示すように、第１の撹拌翼３０よりも垂直方向の上部において回転軸２０に取り付けられた第２の撹拌翼４０を備えていてもよい。なお、図３は、本実施形態の撹拌装置の他の例を示す概略図である。
【００２６】
第２の撹拌翼４０は、第１の撹拌翼３０よりも垂直方向の上部において回転軸２０に取り付けられている補助翼である。第２の撹拌翼４０は、回転軸２０を回転中心として回転することで、第１の撹拌翼３０が形成する流れとは異なる流れ（第２の流れ）を形成する。第２の撹拌翼４０を設けることで、撹拌槽１０の中を下向きに沈み込もうとする流れを、液面に沿って中央部に向かう流れに変えることができ、液面の流速を上昇させ撹拌効率を高めることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、邪魔板５０が撹拌槽１０の内側壁に取り付けられている形態について説明したが、これに限定されない。例えば、図４に示すように、邪魔板５０を支持枠６０に取り付けた後、邪魔板５０が取り付けられた支持枠６０を撹拌槽１０の上部に固定することで、撹拌槽１０の内側壁に沿って邪魔板５０を配置してもよい。なお、図４は、本実施形態の撹拌装置の更に他の例を示す概略図である。
【００２８】
支持枠６０は、撹拌槽１０の上部に取り付け可能な枠状に形成された部材である。支持枠６０が撹拌槽１０の上部の開口に取り付けられることで、邪魔板５０が撹拌槽１０の内側壁に沿って配置される。
【００２９】
（ニッケル粉末の製造方法）
本実施形態の撹拌装置を用いたニッケル粉末の製造方法について、図５に基づき説明する。図５は、本実施形態のニッケル粉末の製造方法を示すフローチャートである。
【００３０】
図５に示すように、本実施形態のニッケル粉末の製造方法は、溶融工程と、撹拌工程と、固液分離工程とを有する。
【００３１】
溶融工程では、ニッケルと硫黄とを含む粉状物質を硫黄の融点以上に加熱することにより、固液スラリーを生成する。溶融工程では、固液スラリーの粘度が２０ｃＰ（０．０２Ｐａ・ｓ）以下となるようにニッケルと硫黄とを含む粉状物質を加熱することが好ましい。これにより、低粘度の撹拌に対応した撹拌翼を用いた場合であっても、小さい撹拌動力で固液スラリーを撹拌することができる。なお、溶融工程は、撹拌工程と同一の装置、即ち、前述の撹拌装置を用いて行ってもよく、前述の撹拌装置とは異なる装置を用いて行ってもよいが、溶融工程と撹拌工程とを同時に行うことができるという観点から、前述の撹拌装置を用いることが好ましい。溶融工程と撹拌工程とを同時に行うことにより、溶融工程及び撹拌工程に要する時間を短縮することができる。また、装置を別途設けなくてよいため、溶融工程及び撹拌工程を行うために必要な装置の設置面積を小さくすることができる。
【００３２】
撹拌工程では、前述の撹拌装置により、溶融工程において得られる固液スラリーを撹拌する。
【００３３】
固液分離工程では、撹拌工程において撹拌された固液スラリーを加圧ろ過型のウルトラフィルタを用いて、ニッケルのケーキと硫黄の濾液とに固液分離し、ニッケルのケーキを乾燥させる。
【００３４】
以上の工程により、ニッケル粉末を製造することができる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
（実施例１）
実施例１で用いた撹拌装置について、図６に基づき説明する。図６は実施例１の撹拌装置の概略図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）を＋Ｙ方向から見た上面図、図６（ｃ）は図６（ａ）を＋Ｘ方向から見た側面図である。
【００３７】
図６に示すように、実施例１では、内側壁の周辺に蛇管１１が設けられた４ｍ角で、高さが３．３ｍの角型の撹拌槽１０を用いた。撹拌槽１０の内部には、撹拌槽１０の底面に垂直に回転軸２０を設けた。また、回転軸２０には、２段に形成された翼径が１．３ｍφの３枚プロペラの撹拌翼（第１の撹拌翼３０の一例）及び翼径が１ｍφの棒状のブレードを有するパドル形の撹拌翼（第２の撹拌翼４０の一例）を取り付けた。また、撹拌槽１０の内側壁に沿って、長さＬが７５ｍｍ、高さＨ１が３００ｍｍ、基準液面ＦＬから突出した高さＨ２が２００ｍｍの邪魔板５０を、配置角度θが０°以上４５°以下になるように２４枚配置した。このとき、２４枚の邪魔板５０が回転軸２０の中心軸に対して４回の回転対称性を有するように配置した。
【００３８】
（実施例２）
実施例２で用いた撹拌装置について、図７に基づき説明する。図７は実施例２の撹拌装置の概略図であり、図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）を＋Ｙ方向から見た上面図、図７（ｃ）は図７（ａ）を＋Ｘ方向から見た側面図である。
【００３９】
図７に示すように、実施例２では、撹拌槽１０の内側壁に沿って、実施例１と同一サイズの邪魔板５０を、配置角度θが０°以上４５°以下となるように４枚配置した。このとき、４枚の邪魔板５０が回転軸２０の中心軸に対して４回の回転対称性を有するように、撹拌槽１０の４つの角周辺に１枚ずつ配置した。なお、その他の点については、実施例１と同様の構成とした。
【００４０】
（実施例３）
実施例３で用いた撹拌装置について、図８に基づき説明する。図８は実施例３の撹拌装置の概略図であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）を＋Ｙ方向から見た上面図、図８（ｃ）は図８（ａ）を＋Ｘ方向から見た側面図である。
【００４１】
図８に示すように、実施例３では、撹拌槽１０の内側壁に沿って、実施例１と同一サイズの邪魔板５０を、配置角度θが０°以上４５°以下となるように１２枚配置した。このとき、１２枚の邪魔板５０が回転軸２０の中心軸に対して４回の回転対称性を有するように、撹拌槽１０の４つの角周辺に１枚ずつ、撹拌槽１０の４辺に２枚ずつ配置した。なお、その他の点については、実施例１と同様の構成とした。
【００４２】
（実施例４）
実施例４で用いた撹拌装置について、図９に基づき説明する。図９は実施例４の撹拌装置の概略図であり、図９（ａ）は斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）を＋Ｙ方向から見た上面図、図９（ｃ）は図９（ａ）を＋Ｘ方向から見た側面図である。
【００４３】
図９に示すように、実施例４では、撹拌槽１０の内側壁に沿って、実施例１と同一サイズの邪魔板５０を、配置角度θが０°以上４５°以下となるように８枚配置した。このとき、撹拌槽１０の１辺に４枚、他の１辺に２枚、更に他の１辺に２枚の邪魔板５０を配置した。すなわち、実施例４では、邪魔板５０が回転軸２０の中心軸に対して回転対称性を有していない。なお、その他の点については、実施例１と同様の構成とした。
【００４４】
（比較例１）
比較例１で用いた撹拌装置について、図１０に基づき説明する。図１０は比較例の撹拌装置の概略図であり、図１０（ａ）は斜視図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）を＋Ｙ方向から見た上面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）を＋Ｘ方向から見た側面図である。
【００４５】
図１０に示すように、比較例では、邪魔板５０を設けなかった点以外は、実施例１と同様の構成とした。
【００４６】
（評価結果）
実施例１から４及び比較例における撹拌装置の撹拌槽１０の内部に、撹拌対象の原料として、５質量％のニッケルを含む硫黄の粉状物質３トンを投入した。続いて、撹拌槽１０の内部を１３０℃に加温することにより、固液スラリーを生成した。続いて、回転軸２０を回転させて撹拌翼を回転させることにより、固液スラリーを撹拌した。これらのときの液面の流速のシミュレーション結果を図１１から図１５に示す。
【００４７】
図１１から図１４は、それぞれ実施例１から４の撹拌装置を用いて固液スラリーを撹拌したときの液面の流速のシミュレーション結果を示すコンター図である。図１５は、比較例の撹拌装置を用いて固液スラリーを撹拌したときの液面の流速のシミュレーション結果を示すコンター図である。
【００４８】
図１１から図１５に示すように、実施例１から４の撹拌装置では、比較例の撹拌装置よりも液面の流速が全般的に上昇し、０．５ｍ／ｓ以下の領域が縮小した。また、実施例１から４の撹拌装置では、液面の中央部において渦状の吸い込みが見られた。
【００４９】
実施例１から４及び比較例の撹拌装置の邪魔板５０の枚数及び配置と、図１１から図１５のコンター図から得られる液面の流速との関係を表１に示す。表１では、流速が０．５ｍ／ｓ以下の領域の有無、流速が１．４ｍ／ｓ〜１．６ｍ／ｓの領域の有無、流速が１．８ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓの領域の有無について表している。
【００５０】
【表１】
2017127817.tif 000003
【００５１】
表１に示すように、邪魔板５０の配置を回転対象とした実施例１から３では、いずれも液面の流速が１．４ｍ／ｓ〜１．６ｍ／ｓの領域が得られた。これは、各邪魔板５０により発生する液体の流れが強め合い、特に強い旋回流を発生させることができたからであると考えられる。
【００５２】
また、表１に示すように、邪魔板５０の枚数を２４枚とした実施例１では、実施例２から４及び比較例で見られた液面の流速が０．５ｍ／ｓ以下の領域が見られなかった。
【００５３】
以上に説明したように、本実施形態の撹拌装置では、撹拌槽１０の内側壁に沿って配置された邪魔板５０により原料の液面の流れに乱れを付加することで、液面全体の流速を上げることができるので、撹拌効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  撹拌槽
１１  蛇管
２０  回転軸
３０  第１の撹拌翼
４０  第２の撹拌翼
５０  邪魔板
６０  支持枠
【図１】
2017127817.tif 000004
【図２】
2017127817.tif 000005
【図３】
2017127817.tif 000006
【図４】
2017127817.tif 000007
【図５】
2017127817.tif 000008
【図６】
2017127817.tif 000009
【図７】
2017127817.tif 000010
【図８】
2017127817.tif 000011
【図９】
2017127817.tif 000012
【図１０】
2017127817.tif 000013
【図１１】
2017127817.tif 000014
【図１２】
2017127817.tif 000015
【図１３】
2017127817.tif 000016
【図１４】
2017127817.tif 000017
【図１５】
2017127817.tif 000018
【図１６】
2017127817.tif 000019