(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ性の粉体と酸性の液体とを、混合し混練する混合・混練機であって、
一端に投入口、他端に排出口を有する筒体のトラフと、上記トラフを縦断して配設され、板状の攪拌子と棒状の攪拌子とを有する回転軸と、上記回転軸上に設けられた液体添加部とを有し、
上記トラフの内壁面と攪拌子の先端との間にクリアランスが設けられており、
上記板状の攪拌子は前記投入口側および排出口側に設けられ、上記棒状の攪拌子は中央部に設けられており、
上記液体添加部は、上記棒状の攪拌子上に設けられていることを特徴とする混合・混練機。
【請求項２】
上記クリアランスが２０ｍｍ以上あることを特徴とする請求項１に記載の混合・混練機。
【請求項３】
上記液体添加部を、液体添加部から添加される酸が上記回転軸に直接当たらない位置に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の混合・混練機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の混合・混練機を用いた、アルカリ性の粉体と酸性の液体との混合・混練方法であって、
上記回転軸を回転させて、上記投入口よりトラフ内に投入されたアルカリ性の粉体を、前記板状の攪拌子により攪拌しながら排出口に送りながら、上記クリアランスによりトラフ内壁面上に、上記アルカリ性の粉体が滞留する堆積層を設け、
上記液体添加部より酸性の液体を添加し、前記棒状の攪拌子により上記アルカリ性の粉体と混合・混練することを特徴とする混合・混練方法。
【請求項５】
上記アルカリ性の粉体が焼却炉の焼却飛灰であることを特徴とする請求項４に記載の混合・混練方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体と液体を混合し混練する混合・混練機及び混合・混練方法に係り、特に混合・混練が行われる容器の摩耗や腐食を低減できる混合・混練機及び混合・混練方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粉体の調湿や造粒、化学反応、乾燥等のために、混合・混練機が用いられており、その一例として、図２に示す軸回転式の混合・混練機が知られている。図２について説明すると、混合・混練機のトラフ１内には回転軸２が設けられ（図示例では、回転軸２が２本の２軸であるが、１軸のものもある）、回転軸２の外周には、板状（あるいはリボン状）の攪拌子３が螺旋状に配置されている。
【０００３】
通常、数ミクロンから数ミリメートル径の粉体は、トラフ１に設けた投入口５から供給され、投入口５の下流側では粉体の調湿、造粒、化学反応などのために液体（例えば水や薬液）が供給される。投入された粉体および液体は、回転軸２に設けた攪拌子３とトラフ１との間または２本の回転軸２の攪拌子３，３相互間の摩擦や剪断力により、あるいは拡散等の効果により、混合・混練されながらトラフ１下流の排出口６へと送られ、混練物が排出口６から排出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の混合・混練機では、粉体に液体を添加して調湿する場合、混練物の粘性が高くなりかつ付着性を帯び、攪拌子３やトラフ１に混練物の居着や固着が生じるため、攪拌子３やトラフ１が摩耗される。（ここで、居着とは、混合・混練物が粘性や付着性を増し、攪拌子などに塊となって付着し離れなくなったような状態をいい、固着は居着がさらに進み、居着した混合・混練物が硬く固化した状態であって、摩耗・振動等の大きな原因となる。）
また、粉体と液体を反応させる場合、例えば中和等の反応を行なわせる場合、液体に腐食性の薬液を用いると、攪拌子３やトラフ１の薬液との接触部分に腐食が発生する。また、攪拌子３に居着、固着が生じると、混練機の有効容積が減り、時間がたつとともに粉体の処理量が減少してしまう。
【０００５】
このため、従来、（１）攪拌子を特殊形状とし、攪拌子への居着や固着を減少させる、（２）回転軸の軸動力を上げるとともにセルフクリーニング機構をもたせ、居着等が生じて過負荷となるなどのトラブルを防止する、（３）居着や固着の原因となる攪拌子をなくし、混練機の容器自体を変形脈動させて混練するなどの対策もとられている。
【０００６】
しかしながら、いずれも設備が高価となり、運転に膨大な電力を消費したり、大量処理には適さなかったり、腐食性物質の混合混練が難しいというのが現状である。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、混合・混練がなされる容器の腐食や摩耗を軽減でき、また、混合・混練物の居着、固着を低減できる混合・混練機及び混合・混練方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上述した問題点の原因を究明・検討したところ、居着の原因は、回転軸、攪拌子、トラフ（容器）に液体が直接濡れた部分に粉体が触れると生じること、またトラフや攪拌子の腐食は、直接液体がトラフや攪拌子に触れることによっておきることが明らかとなった。そこで、以下の構成によって上記問題点の解決を図った。
【０００９】
本発明の混合・混練機は、容器内に攪拌子を有する回転軸を回転することにより、容器に供給された粉体と液体とを混合し混練する混合・混練機であって、上記容器と攪拌子の先端との間に、容器内壁面を覆う堆積層を形成するためのクリアランスを設けたものである。
【００１０】
従来の混合・混練機では、容器と攪拌子先端とのクリアランスは極力小さくしていたが、本発明では、容器内壁面に堆積層を形成できるように、容器と攪拌子先端（攪拌子の回転終端）とのクリアランスを積極的に設けている。このように、容器内壁面を堆積層で覆って保護しているので、容器が腐食性液体などとの接触によって腐食を受けることを軽減できると共に、混合・混練物の居着や固着に起因する摩耗を低減できる。
【００１１】
上記発明において、クリアランスは２０ｍｍ以上であるのが好ましい。クリアランスを２０ｍｍ以上とすると、堆積層もほぼ２０ｍｍ以上となって、混合・混練時に堆積層が破壊されたり、ひび割れを生じたりすることがなく、容器内壁面の腐食、摩耗を確実に防止できる。
【００１２】
また、上記クリアランスに形成される堆積層は、粉体からなるもの、もしくは粉体に液体を添加して粘性、付着性を増大させたものが好ましい。堆積層を形成するために用いる粉体としては、混合・混練機で実際に混合・混練処理する粉体（粉体が２種以上の場合には、その一部の粉体）に限らず、これ以外に堆積層に適した粉体を用いるようにしてもよい。更に、堆積層形成のために用いる液体としては、混合・混練機で実際に混合・混練処理の際に添加する液体（液体が２種以上の場合には、その一部の液体）に限らず、これ以外に堆積層に適した液体（例えば水など）を用いるようにしてもよい。
【００１３】
また、上記発明において、液体を容器内に添加する液体添加部を、回転軸に棒状の攪拌子を設けた領域部分に配置するのが好ましい。液体が添加されると、粉体と液体の混合・混練物の粘性や付着性が次第に増加して、攪拌子などに居着し易くなるが、液体添加部の攪拌子を棒状としているので、混合・混練物が攪拌子から容易に剥離し、付着しにくくなる。このため、攪拌子への居着が低減され、混合・混練のための有効容積の減少が抑えられ粉体処理量を維持できると共に、居着による回転軸の駆動力の増大を抑制できる。
【００１４】
棒状の攪拌子は、回転方向の断面積が小さく、混合・混練物が付着しにくい形状・寸法のものが望ましい。棒状の攪拌子は、その断面形状は特に制限はなく、例えば丸形や角形などの棒状体でよく、また、中実でも中空の筒状のものでもよく、更に、直線的な棒状体でも湾曲した棒体状などでもよい。
【００１５】
また、上記液体添加部を、液体添加部から添加される液体が上記回転軸に直接当たらない位置に設けるのが好ましい。
従来は、混合・混練には通常、水などの液体を霧状にスプレーするなど、粉体表面に満遍なく添加したり、混練機を液体で濡らしながら粉体を添加するといった方法を採っている。このため、回転軸、攪拌子、トラフなどへの混練物の居着や固着の原因となっているのが現状である。これに対し、液体添加部から添加される液体が回転軸に直接当たらない位置に設けると、回転軸への混合・混練物の居着、固着を低減でき、また、回転軸の腐食の軽減ともなる。
【００１６】
更に、上記液体添加部を、液体添加部から添加される液体が上記回転軸に直接当たらないように、上記容器内に互いに平行に複数設けられた回転軸の間に設けるのが好ましい。上記液体添加部としては、例えば、配管の底部に液体を添加するための開口を形成したもの又はノズルを配置したものなどを用いればよい。なお、液体の添加方法は、回転軸に液体がかからなければ、シャワー状に滴下しても、あるいは噴霧させてもよい。
【００１７】
また、上記発明において、混合・混練処理される粉体としては、中性もしくはアルカリ性物質、あるいは、産業廃棄物を燃焼させた灰、石炭灰、石灰から選択される１種以上のものなどが挙げられる。
【００１８】
更に、上記発明において、混合・混練で添加される液体としては、中性もしくは酸性の液体や、腐食性液体、あるいは、水、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸、硫酸塩、塩酸塩、硝酸塩、燐酸塩から選択される１種以上のものなどが挙げられる。
【００１９】
また、本発明の混合・混練方法は、容器内に攪拌子を有する回転軸を回転することにより、容器に供給された粉体と液体とを混合し混練する混合・混練方法であって、上記容器と攪拌子の先端との間に、容器内壁面を覆う堆積層を形成するために、上記容器内に粉体を供給し上記回転軸を回転させて粉体を堆積させることにより、もしくは上記容器内に粉体及び液体を供給し上記回転軸を回転させて粘性、付着性を増大させたものを堆積させることにより堆積層を形成したものである。
【００２０】
上記堆積層は、実際の混合・混練の処理に先立って、容器内に粉体のみを供給し、回転軸を回転して、容器と攪拌子の先端（回転終端）との間のクリアランスに粉体の堆積層を形成し、または、実際の混合・混練の処理に先立って、容器内に粉体及び液体（水など）を供給し、回転軸を回転して、容器と攪拌子の先端との間のクリアランスに粉体と液体が混合混練し粘性、付着性を増大させた堆積層を形成する。あるいは、実際の混合開始から粉体及び液体を添加すると共に、回転軸を回転して、容器と攪拌子の先端との間のクリアランスに粉体と液体が混合混練し粘性、付着性を増大させた堆積層を形成する。
【００２１】
なお、粉体と液体が混合混練し粘性、付着性を増大させた堆積層を形成する場合には、予め粉体のみを容器内に供給し、液体添加部位置の上流側の容器、回転軸、攪拌子の表面を粉体で覆っておくのが望ましい。また、上記堆積層の厚みは、２０ｍｍ以上であるのが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明に係る混合・混練機の一実施形態の概略構成を示すものであり、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は横断面図、（ｃ）は液体添加部の斜視図である。
【００２３】
図１において、１は混合・混練機の容器であるトラフであり、トラフ１は舟型状の筒体であって、その一端側の上部には粉体を投入するための投入口５が設けられ、また、トラフ１の他端側の下部には混合・混練された混練物が排出される排出口６が設けられている。投入口５の上方には、粉体をトラフ１に定量供給するための供給機７が設けられている。
【００２４】
トラフ１内には、これを縦断して２本の回転軸２が互いに平行に、且つほぼ水平に配設されている。（なお、回転軸は１本でも、３本以上設けてもよい。）２本の回転軸２、２は、図示省略の電動機によって、互いに逆方向に回転駆動されるようになっている。回転軸２には、攪拌子３と攪拌子４の２種類の攪拌子が設けられている。攪拌子３、４は、回転軸２の外周面に螺旋状に等間隔に９０度おきに配置され、回転軸２に溶接もしくはボルト止めにより固定されている。攪拌子３は板状のものであり、攪拌子４は丸形や角形のパイプもしくは棒体であり、攪拌子３、４には、耐腐食性の高いステンレス鋼（ＳＳ４１など）や高炭素鋼などの材料が用いられる。板状の攪拌子３は、回転軸２の投入口５側及び排出口６側に設けられ、棒状の攪拌子４は、回転軸２の中央部に設けられる。（なお、攪拌子３は、リボン状、スクリュー状、扇状などの粉体の搬送能力が高いものでも、或いは攪拌子４と同様な棒状のものでもよい。）
【００２５】
回転軸２の回転により攪拌子３、４の先端が描く回転終端９とトラフ１との間には、所定のクリアランスが形成されている。このクリアランス部分には堆積層１０が形成される。（なお、図１（ａ）では堆積層１０を図示してしない）この堆積層１０は、粉体そのままの層、もしくは粉体に水を加えて粘性、付着性を増大させたものを堆積させた層、あるいは粉体に液体を添加して混合開始から次第に居着が生じたものが堆積した層などである。このクリアランスに粉体等が堆積し滞留する堆積層１０を形成することで、トラフ１の内壁面がライニングされた状態となり、トラフ１の腐食および摩耗を防ぐことができる。堆積層１０の厚さは、２０ｍｍ以上となるのが良い。堆積層１０が薄いと、容易に破壊されたり、ひび割れが入ったりし、そこから液体が浸入し防食機能、耐摩耗機能を十分に果たすことができなくなるからである。
【００２６】
棒状の攪拌子４が設けられた回転軸２の部分の上方には、トラフ１に液体Ｌを添加するための液体添加装置の液体添加部８が設置される。液体添加部８は、図１（ｃ）に示すように、トラフ１を横断する方向に設けられた主配管８ａと、主配管８ａより回転軸２に平行な方向に分岐された２本の副配管８ｂ，８ｂとを有し、副配管８ｂの下面部には、液体添加用の開口が適宜間隔で形成されている。副配管８ｂは、２本の回転軸２，２の間に配設され、副配管８ｂから添加される液体Ｌが回転軸２に当たらないようになっている。副配管８ｂからの液体添加は、シャワー状に滴下するか、もしくは噴霧させても良く、回転軸２にかからないようにする。なお、副配管８ｂは、２本でなく、回転軸２と平行に１本以上設ければ良く、また、副配管８ｂの下部に、開口ではなく、ノズルを配するようにしても良い。
【００２７】
投入口５から投入された粉体は、最初、板状の攪拌子３によって攪拌混合され、その下流側の棒状の攪拌子４を設けた部分において液体添加部８から液体Ｌが添加され、ここで粉体と液体との混合・混練が行われる。液体が添加されると、混合・混練物の粘性や付着性が増加するためトラフ１や攪拌子４への居着が生じ易くなるが、液体添加位置手前から混練物の混合造粒がおおむね終了するまでの部位に棒状の攪拌子４を設けている。棒状の攪拌子４は、その回転方向から見た断面積が小さく、回転負荷が少なく混合・混練時の電動機のトルク増を抑えることができるとともに、剪断混合効果が大きくなり、攪拌子４自身への居着を少なくでき、付着したものも容易に剥離する。
【００２８】
粉体はさらに下流側の攪拌子３で混合・混練され、回転軸式混練機の最下流下部に設けた排出口６から混練物となって排出される。
堆積層１０は、トラフ１の腐食および摩耗を防ぐライニングとなるが、一方、攪拌子３及び攪拌子４の先端を摩耗させ、また動力過負荷の原因ともなる。このため、堆積層１０が硬く固化する前に、粉体、液体の供給を一時止めて堆積層１０を掘削し除去する。堆積層１０は、固化する前なので、容易に除去できる。
【００２９】
【実施例】
次に、図１に示した混合・混練機を用いて、焼却炉の焼却飛灰を混合混練した具体的な実施例を述べる。
【００３０】
（実施例１）
焼却飛灰Ａを９３０ｋｇ／時間の割合で混練機のトラフに定量供給し、濃度４９ｗｔ％の希硫酸をダイヤフラム式定量ポンプを用いて、５リットル／分の割合で液体添加部からスプレーしながら混合・混練を行った。
堆積層の厚さは２５ｍｍとなっており、運転終了後、容易に除去できるものであった。この混合混練により、目的の混練物を得ることができ、連続運転２時間後でも、平板の攪拌子３への恒久的な居着は見られず、また、丸棒の攪拌子４には居着きは成長しなかった。また、電動機負荷も小さく、１４時間後でも粉体の処理量の減少もなかった。なお、処理前の焼却飛灰５０グラムを水にリパルプし、そのｐＨを求めたところ１２．４であったが、処理後の焼却飛灰について、同様にｐＨを求めたところ１０となっていた。実施例１の混合・混練条件及びその結果を図２に示す。
【００３１】
（実施例２）
実施例１の混合・混練機を用い、焼却飛灰Ｂ（実施例１の焼却飛灰Ａとは、水分量とアルカリ量（硫酸添加量に当たる）が主に相違する）を１９２０ｋｇ／時間の割合で混練機のトラフに定量供給し、濃度５１ｗｔ％の希硫酸を４リットル／分の割合で液体添加部からスプレーしながら混合・混練を行った。この実施例２でも、実施例１と同様に、平板の攪拌子３には極度な居着は見られず、丸棒の攪拌子４には居着きは成長せず、また、電動機負荷も小さいなど、良好な混合・混練がなされた。実施例２の混合・混練条件及びその結果を図２に示す。
【００３２】
（比較例）
実施例１の混合・混練機において、丸棒ではなく平板の攪拌子４を用いて混合混練を行った。その結果を図２に示すが、平板の攪拌子４では、居着から固着へと移行し、実施例と比較して電動機負荷が増加し、また、粉体の処理量の低下も見られた。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、容器内壁面に堆積層を形成し、容器内壁面を保護しているので、容器が腐食性液体などとの接触によって腐食を受けることを軽減できると共に、混合・混練物の居着や固着に起因する摩耗を低減できる。
【００３４】
また、液体を容器内に添加する液体添加部を、回転軸に棒状の攪拌子を設けた領域部分に配置することにより、混合・混練物が攪拌子から容易に剥離し、付着しにくくなる。このため、攪拌子への居着が低減され、混合・混練のための有効容積の減少が抑えられ粉体処理量を維持できると共に、居着による回転軸の駆動力の増大を抑制できる。
【００３５】
更に、液体添加部から添加される液体が回転軸に直接当たらない位置に設けることにより、回転軸への混合・混練物の居着、固着を低減でき、また、回転軸の腐食の軽減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る混合・混練機の一実施形態を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は液体添加部の斜視図である。
【図２】本発明の混合・混練機を用いて、混合混練を行った実施例のデータ及び比較例のデータを示す図である。
【図３】従来の混合・混練機の一例を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。
【符号の説明】
１  トラフ（容器）
２  回転軸
３  攪拌子
４  攪拌子
５  投入口
６  排出口
８  液体添加部
１０  堆積層
Ｌ  液体
【図１】
0003730403.tif 000002
【図２】
0003730403.tif 000003
【図３】
0003730403.tif 000004