特別解説

耐火物

74［12］459～465（2022）

粉粒体機器の紹介とその応用技術の解説
椎名
日本コークス工業㈱ 栃木工場

啓〒328-8503

栃木県栃木市国府町 1 番地

Introduction of Powder and Grain Equipment and Explanation of Its Applied Technologies
Satoshi SHIINA
Tochigi Engineering Factory, NIPPON COKE & ENGINEERING CO., LTD., 1 Ko-machi, Tochigi City, Tochigi 328-8503, Japan

1

はじめに

などのメディアを用いる粉砕機（ボールミルやアトライタ）

粉粒体を扱う技術は，粉砕，混合，混練，乾燥，造粒，は，耐火物原料の微粉砕機として古くから用いられており，分級など歴史は古く，さまざまな産業分野で利用されてお大きな粉砕エネルギーを破砕物に投入できるため大量処理

り，現代の工業を支える主要な技術の一つである。粉粒体が可能であり，さらにはセラミックスや金属酸化物などのを扱う操作は一見単純そうに見えるが意外と奥深く，ノウ

硬い材料の粉砕もできる。ただし，メディアを用いる粉砕

ハウを必要とする場合が多い。また，最近では粉粒体操作機の場合，部材の摩耗と，その摩耗分の製品への混入が課に対する市場の要求が高度化してきており，新たな装置や題となり，鉄分の混入を嫌うものにはセラミックス製のボ処理技術が求められている。ここでは当社が扱う粉粒体機

ールや部材を使用して摩耗を軽減させる。一方で，メディ器の紹介とその応用技術について解説する。

アレス型には圧縮せん断式（ロールミル，ジョークラッシ

2ャーなど），衝突式（ハンマーミルなど），摩砕式（石臼な粉砕機の分類
粉砕操作を大きく分けると乾式と湿式の二つに分けられ

ど），材料同士を衝突させる自生粉砕方式（ジェットミル

る。乾式と湿式にはそれぞれメリットとデメリットがあるや気流式粉砕機など）の機構があり，特に自生粉砕方式はが，耐火物原料の粉砕には主に乾式の粉砕機が用いられて摩耗分の混入が少ない。しかし，微粉砕領域に限ればメデいる。一般的に乾式粉砕の限界最小粒子径は数ミクロン程

ィア型と比べると破砕物に投入できるエネルギーが低く，度が限界と言われ，近年では粉砕機の進化によりサブミク

生産効率で劣る場合がある。
それでは当社で扱う乾式粉砕機について以下紹介する。

ロンまで粉砕できるケースもあるが，数十ミクロン付近か

1）アトライタらは常に付着や凝集との戦いになる。このように乾式粉砕
は微粉砕領域をあまり得意としないが，乾式ゆえに乾燥工

ア ト ラ イ タ は， ア メ リ カ のUnion Process 社 のDr.

程を省けるメリットがある。乾燥には多大なエネルギーコ

Szegvarによって1940年代に開発され，日本では当社（当ストを要するため，前後工程で湿式操作が含まれない場合，時の三井三池製作所）が1960年に技術導入し販売を開始，粉砕工程はできる限り乾式が望ましい。一方で，湿式のメ

さらに1978年に同じくUnion Process社から乾式アトライ

リットは，より微細で高精度な粉砕が可能であることがあタを技術導入した。アトライタはその構造と機能から，従げられる。最近ではナノサイズまで均一に粉砕･分散でき

来のボールミルやロールミルの操作性と安全性の問題を改る機器もあり，それらの機器は電子部品材料や電池材料，善したとされており，さらにメディアを強制的に撹拌する

医薬品，化粧品，インキ，ファインセラミックスなどの分機構による遠心力の効果によってボールミルや振動ミルと野で活躍している。

比べて高エネルギーを印加できることから粉砕速度が非常

乾式，湿式いずれの粉砕においても，原料の性質（大きに速く，ボールミルの約10倍程度の粉砕能力がある（図 1 ）。

さ，硬度，強度，摩耗性など）や求める処理（生成粒度，タンクは水冷ジャケット付きで粉砕時に発生する熱を下げ

粒度分布など）に応じて粉砕機の選択も異なるため，複数ることができるほか，密閉構造にも対応できるため，不活の粉砕機を組み合わせ，多段的に使う場合もある。

性ガス雰囲気下や真空･減圧下で粉砕処理を行うことがで2･1きる。材料は万遍なくボール間に噛み込まれ，均一に粉砕

乾式粉砕機

当社では主に微粉砕領域の乾式粉砕機を販売しており，するためにタンク内に滞留する箇所がないように撹拌アー
ムの形状，寸法および配置に工夫がなされている。

大きく分けると，メディア撹拌型とメディアレス型（粉砕
メディアを使用しないタイプ）に分別される。粉砕ボール

459

椎名

啓

粉粒体機器の紹介とその応用技術の解説

れまでの実績ではアルミナやフェライト，窒化けい素や炭化けい素などの無機物質の粉砕用途が大部分を占めていたが，最近では抹茶の製造機としての販売も伸ばしている。
以前は百数十台の茶臼で茶葉を挽いていた製造工程を， 1台のダイナミックミルで製造できるようになり，また，処理条件の工夫によって風味や舌触りも茶臼と同等の品質で
重力に依存

図1

強制撹拌による遠心力効果

大量生産できるようになり，最近の抹茶ブームの下支えを

ボールミル（左）とアトライタ（右）の構造している。
4 ）ファインミル
ファインミルは粉砕部分が「アトライタ」で，上部に分2 ）アルケミ
アルケミは独自開発の機器で，アトライタが重力方向に級機を内蔵させることで高効率な乾式超微粉砕を実現した

対して竪型であるのに対し，アルケミは横型となっている

連続型の粉砕機である。下部のアトライタで高効率に粉砕（図 2 ）。
撹拌アームの構造はアトライタに類似しているが，し，粉砕された粒子をキャリアガスで上部の分級機に搬送

横置きでもメディアを均一に撹拌できるよう設計されていし，遠心ロータ式分級機によって所望の粒度に到達した粒る。アトライタの場合，金属粉などの比重の重い処理物を子のみを分級して系外に排出，サイクロンとバグフィルタ

粉砕すると，粉砕室の槽底部に処理物が偏りやすく，不均で回収する（図 4 ）。生成した粒子は速やかに系外に排出

一な粉砕になることがあった。さらに，ボールの自重が影されるので，微粉による粉砕への悪影響（付着や凝集）を響して粉砕室内の上下方向でエネルギー分布に偏りが生じ抑えられ，粉砕効率が飛躍的に向上した。また，分級機のていた。これは粉砕効率の低下に繋がり，さらには大型化効果で粉砕粒子の粒度分布は非常にシャープで，シングル

することでますます顕著になることからスケールアップリ

ミクロン～サブミクロンの超微粉砕を可能としており，分スクと考えられた。一方で，アルケミは横型とすることで，級ロータの回転速度と風量で粒度を容易にコントロールす竪型のアトライタの問題点であるボールと処理物の動きをることができる。金属コンタミを嫌う処理には，セラミッ

改善し，粉砕能力はアトライタ比で約 3 倍，スケールアックスなどの耐汚染仕様にも対応している。ファインミルのプリスクも半分以下に抑えることができる。
そのことから，アルケミは後述するメカノケミカル反応やメカニカルアロ
ーイング処理に向いた機器であるともいえる。
3 ）ダイナミックミル
ダイナミックミルは連続式の粉砕機（図 3 ）で販売開始
から30年以上の実績をもつ。バッチ式であるボールミルの10～20倍の粉砕能力で連続粉砕（自動運転）でき，かつ，少ない設置面積で大量粉砕することを可能にした。このシステムに必要なのは原料供給装置のみで，気流式粉砕機やジェットミルと比べ，付帯設備が大幅に少なく，コストや

図3

設置スペースの削減だけでなく，整備や洗浄に掛かる時間

ダイナミックミルの内部構造も大幅に削減できる。内部材質もセラミックスに対応しているので，鉄分の混入を嫌う粉砕用途にも適している。こ

図2

アルケミの内部構造

図4460

ファインミルの構造

耐火物

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システム構成は一般的な乾式粉砕機と同じで，サイクロン，

準バッチ式の他，連続式や循環式などの派生機種も開発さ

バグフィルタ，ブロワの構成になっており，ジェットミル

れた。φ10 mm程度の比較的大きな粉砕メディアを使用でのように多くの圧縮エアを使用しないため，ランニングコ

きるため，数ミリ程度の原料をミクロンサイズまで粉砕でストを大幅に削減でき，省エネルギーなシステムとなってきる。販売開始から60年以上経つが，今でもその需要は多

いる。

い。

5 ）ストリームミル

2）SCミル

ストリームミルは気流式のメディアレス粉砕機で，粉砕

SCミルは独自開発のビーズミルで，φ0.2～ 2 mmの粉砕

室内部に搭載されたインペラを高速回転させることで発生メディアを使用し，ミクロンサイズ～サブミクロンサイズ

する強力な旋回気流に乗せて材料同士を衝突させて自生粉までの粉砕を可能とする。一般的なビーズミルは粉砕タン

砕させる機構となっている（図 5 ）。自生粉砕によって，

ク部のL/D比（タンク長さ/タンク径）が大きい設計とな

発熱やコンタミを最小限に抑制できるほか，内部構造やシっているが，SCミルはL/D比が 1 / 3 と小さく，それに加

ステム構成がシンプルなため，ジェットミルと比べランニ

えユニークな内部構造によって理想的なビーズの動きを実

ングコストの低減や省エネルギー運転に貢献できる。

現し，無駄のない省エネルギーな粉砕･分散が行える（図2･26 ）。粉砕室の材質もセラミックスやウレタンライニング，

湿式粉砕機

樹脂部品等にも対応しており，摩耗，コンタミ対策も可能

耐火物原料においては，主に乾式粉砕が用いられることが多いが，先述したとおり湿式粉砕のメリットはより微細とする。

で，かつ，精密な粉砕･分散が行えることである。近年で3 ）MSCミルはサブミクロン～ナノサイズの均一な粉砕分散処理を可能

MSCミルはSCミルと同じく独自開発のビーズミルで，φとする機器が多く販売されている。湿式粉砕の応用例とし

0.015～0.2 mmの粉砕メディアを使用し，サブミクロンサて，例えば，微量の固形添加成分を基材となる粉体粒子のイズ～ナノサイズまでの粉砕･分散を可能にする。SCミル

表面に万遍なく均一にコーティングしたい場合，まず，固と同様に，L/D比が小さい設計となっており，さらにユニ形添加成分をバインダ入りの溶媒中でサブミクロン～ナノークな内部構造によって，撹拌されている粉砕メディア層

サイズまで均一に湿式粉砕する。その分散スラリを，後述を処理物が確実に通過することでショートパスを防ぎ，さするFMミキサ（高速流動ミキサ）で基材粉末を流動撹拌

らに独自開発の遠心分離機構で小径メディアと処理物とをしているところにスプレー噴霧すれば，添加材入りのスラ

確実に分級することができる（図 7 ）。スマートフォンや

リが基材粒子の表面に万遍なく綺麗にコートされる。さらIoT機器の発展に伴い，部品の小型化と高品質化が進む電に，そのままFMミキサで減圧乾燥することで，余分な溶子部品分野で主に活躍している。

媒成分を飛ばし，基材粒子表面に添加成分を固着させるこ3

粉砕機を用いた応用技術
粉砕機の応用技術として，例えば，粉砕過程で起こる現とができる。

象を利用したメカノケミカル効果やメカニカルドーピン

それでは当社の代表的な湿式粉砕機を以下紹介する。

グ，粉砕の衝突・せん断エネルギーを利用したメカニカル

1）アトライタ
乾式で紹介した通り，アトライタは当初湿式の粉砕機とアローイングなどの技術が挙げられる。これらの技術は最して開発された。メディアを強制的に撹拌することでボー新の技術ではなく，あまり表舞台に登場することはないが，ルミルの約10倍の粉砕能力を有する。湿式アトライタは標

各産業で最近その活用が広まりつつあるようなので以下紹
介したい。

図5

ストリームミルの内部構造

図6

461

SCミルの内部構造

椎名啓

粉粒体機器の紹介とその応用技術の解説

2Al（OH）3+3Ca（OH）
2→3CaO･Al2O3･6H2O………（2）合成までの粉砕時間は（1）式のギブサイト系の方が短く，
XRDパターンから30分の粉砕でC3A水和物が合成できていることが確認されている。（（2）式のカオリナイト系は60分以降）。ギブサイト系の場合，60分の粉砕時間が最も硬化体の強度が高く，60分以上の粉砕では逆に低下してしまう。また，粉砕で合成したC3A水和物は粉砕後も活性で
図73･1あり，水を添加すると過水和物（C3A（8－12）H2O）がMSCミルの内部構造

でき硬化する。これは焼成法によって合成されるC3Aとは粉砕によるメカノケミカル効果

大きく異なる。
2） 乾 式 粉 砕 に よ る カ ル シ ウ ム･ス ル ホ･ア ル ミ ネ ー ト

粉砕処理に於いて，粉砕初期段階では粉砕時間に比例して比表面積が増加（粉砕）していくが，そのまま粉砕を進（CSA）水和物の合成 2）

めていくと段々と比表面積の増加速度（粉砕速度）が低下

消石灰（Ca（OH），二水石膏（CaSO4･2H2O），水酸化2）

していき，そして比表面積が最大値（粉砕限界）に達した

ア ル ミ ニ ウ ム（Al（OH）
3） の 3 種 を， エ ト リ ン ガ イ ト

後は表面積増加速度よりも微粒子凝集速度の方が増し，今（3CaO･Al2O3･3CaSO4･32H2O）組成になるようにモル比で度は凝集してゆく現象が起こる。つまり，同じ粉砕エネル

Ca（OH）2： Al（OH）
3： CaSO4： 2H2O ＝ 3 ： 2 ： 3に秤量混

ギーを投入し続けているのに，そのエネルギーが表面積増合し，遊星ボールミルにφ15 mmのステンレススチール製

加（粉砕）に使われるだけでなく，微粒子凝集にも消費さボールとともに装填し粉砕する。120分の粉砕産物がCSAれているのである。これは破砕物に加えられたエネルギーであることが確認され，また，水を添加した硬化体のビッが固体の結合を切断することによって不安定化（活性化）

カース硬度は，粉砕時間と共に増加して 6 時間粉砕が市販

し，より安定な方向へ進もうとして周囲の物質（微粒子なCSAと同程度であった。

ど）と凝集するからである。この時，微粒子の凝集だけで3）フライアッシュからの水硬性粉体の製造 3）

なく，固体の結晶構造の変化やそれに伴う物性変化，固体

石炭火力発電所から排出されるフライアッシュを乾式粉

粒子表面へのガス吸着，固体表面でのラジカル（活性種）

砕してメカノケミカル効果によって焼成工程を経ずに水硬の発生や，固体の分解反応，交換反応，合成反応等も起こ

性粉体を製造する方法が研究されている。この研究ではフる。この現象を利用した研究事例を以下簡単に紹介する。

ライアッシュに40 mass％の生石灰を添加し，φ15 mmの

3･1･1

ステンレススチールボールとともに遊星ボールミルに装填

セメント系物質の非加熱合成

ポルトランドセメントの原料は1000 ℃以上の高温焼成

し，所定時間粉砕している。 1 時間粉砕した粉体に水を添過程を必要とするが，昨今のカーボンニュートラルの観点

加して得られた硬化体は，セメントクリンカー硬化体の硬から，焼成過程を無くす，もしくはより低温で焼結するこ度値と同等であり，さらに 2 時間の粉砕品ではセメントクとができればその意義は大きい。その可能性の一つとしてリンカー硬化体硬度を上回る結果が得られている。

メカノケミカル法によるセメント系物質の非加熱合成の研3･1･2

究事例を紹介する。

アルカリを加えた水の中で，けい素や鉄，アルミニウム

1）乾式粉砕によるトライ･カルシウム･アルミネート（C3A）の合成

メカノケミカル反応を利用した水素製造技術

1）などの無機物質をボールミルやビーズミルで粉砕すると，無機物質が粉砕されるのと同時に常温･常圧下で水と反応

生石灰（CaO）と消石灰（Ca（OH）2）にカオリナイトして大量の水素ガスが発生する。水と無機物質が反応する（Al4Si4O10
（OH）
（OH）
8）またはギブサイト（Al3）の合計 3

際に，酸素は無機物質との酸化反応によってほとんど全て

種の原料をモル比でCa：Al＝ 3 ： 1 となるように秤量混

消費されてしまうため，高純度な水素ガスが発生する。無合し，遊星ボールミルにφ15 mmのステンレススチールボ

機物質の中でも取り分け，けい素が効率良く水素ガスを発ールとともに装填して所定時間粉砕する。反応式は以下の生する。太陽光発電パネルや半導体の製造工程で排出されようになる。

廃棄されているシリコンの切削屑や，寿命を迎え廃棄される太陽光発電パネルを原料に，再生可能電力を使って粉砕機でグリーン水素を製造することが期待されている。ここ0.5Al4SiO10
（OH）
（OH）
8+3Ca
2+H2O →

で重要なのが効率の良い粉砕機である。先述したL/Dの小3CaO･Al2O3･6H2O+2SiO2… ……………………（1）

462

耐火物

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さいSCミルなどはエネルギー効率に優れるため，再生可減圧仕様やチョッパ・掻き落とし装置の追加，耐摩耗仕様，

能電力を利用した水素ガス製造に貢献できるものと期待し

250 ℃の耐高温仕様，不活性ガス雰囲気仕様などが選択でたい。

き，混合･混練操作にとどまらず，乾燥，造粒，コーティ

3･1･3

酸化物への非金属元素ドーピング（メカニカル

ング，表面改質，複合化，粉砕など十種類以上の操作が行

ドープ）

える多機能ミキサである。スケールアップも混合槽容量で最大8,000 Lの実績がある。

機能性酸化物の結晶格子に不純物原子をドーピング，あ2）コンピックス

るいは酸素サイトを他の原子に置き換えることで新たな機能が発現することが報告されている。例えば，光触媒であFMミキサの混合性能をそのままに，連続処理に対応しる酸化亜鉛の酸素サイトを窒素原子に置換することで，バた機器がコンピックスである。独自開発の混合槽構造によ

ンドギャップが小さくなり，通常は紫外線にしか応答しな

り，粉体の混合槽内滞留時間をコントロールしながらショいものが可視光領域で応答するようになり，室内光でも光ートパスを防止し，連続処理においても精密混合･分散を触媒効果を発揮できるようになる（可視光応答型光触媒）。

可能にする。同等処理のFMミキサと比較すると，半分以

このドーピング処理を当社のアトライタ（乾式粉砕機）で下のスペースに設置可能で，モータ容量も半分以下となり，行った。アトライタに酸化亜鉛と窒素源となる尿素を混合

省エネ，省スペースを可能とする（図 9 ）。

装填し， 1 時間粉砕することで可視光応答型酸化亜鉛粉末

3）ニーデックスが得られた。さらに，連続式の粉砕機で同様の処理が可能

ニーデックスはオープン型 2 本ロール式の連続混練機

か，ダイナミックミルで実験を行ったところ，同等の可視で，粉体の混合機能はないが他の混練機にはないユニーク

光応答型酸化亜鉛が得られたことからメカニカルドーピン

な特徴を持っているので紹介したい。ニーデックスはロー

グ処理の工業化の可能性も示唆される結果が得られている。

ル表面にスパイラル状の溝があり 2 本ロールに速度差と温4度差を持たせ，片方のロールに処理物を巻き付かせ混連し混合･混練機の分類
混合・混練機には様々なタイプの機械が存在するが，大ながら排出側に搬送する連続型の 2 本ロール機で，ロール

きく分けると二つのタイプに分別できる。容器が固定され間で発生する強力な圧縮・せん断作用により高濃度のフィていて撹拌羽根やローラで撹拌するものと，もう一つは容ラー配合比でも均一に混練することができる。通常のロー器自体を回転させるタイプである。二つのタイプを組み合

ル機ではバンクでの混合作用がないため，手作業での切りわせた機器（容器を回転させながら羽根で撹拌）も存在する。

返し作業を必要とするほか，繰り返し何度もロール機を通混合操作は乾式と湿式に分けられるが，耐火物の混合操す必要がある。切り返し作業にはある程度の経験が必要で，作はほとんどが乾式であるため，今回は湿式の紹介を割愛

また安全性にも課題がある。一方で，ニーデックスはロー

したい。また，混合機と混練機はそれぞれ専用の機械があるが，耐火物においては二種類以上の粉粒体を混合しながらバインダ等の液体を加えて「練り」の効果を持たせ，混合と同時に混練操作が行われるケースが多いことから，混合･混練機として当社で扱う機器について以下紹介する。
4･1

混合･混練機1）FMミキサ
FMミキサは1962年にドイツのヘンシェル社から技術導入し，当社が国内販売を開始した機器で，これまで12,000台以上の販売実績を誇るミキサの代名詞的な存在である。

図8

FMミキサの構造

現在はFMミキサに名称が変更されたものの，「ヘンシェ
ルミキサー」といえば皆さんご存知かと思う。FMミキサの特徴は大容量モータの搭載と強固な軸設計により，高速流動撹拌による短時間での精密混合を可能にし，高トルク
撹拌によって強力なせん断力を加えられるほか，様々な処理に対応出来るよう撹拌羽根の種類は数十種類にもおよぶ。混合槽はジャケット構造になっており，処理物の加熱や冷却が可能である（図 8 ）。また，
オプションとして真空・

463

図9

コンピックスの構造椎名啓

粉粒体機器の紹介とその応用技術の解説

ル表面のスパイラル状の溝の効果によって，バンクでの混が進行しており，90分弱の運転で含水率コンマ数mass％

合作用が生じ，原料が精密に混練される。また，通常の押まで乾燥できている。乾燥途中では，含水率の低下ととも出機では難しい粘度差のある材料の混練も行え，スパイラに処理物の粘性が上昇し，ある含水率のところでスラリがル状の溝による搬送効果も相乗して連続式での混練処理がもち状から団子状になる過程を経過する。図12で60分頃か可能となり，自動運転も可能となり安全性も確保されるら所要動力が急上昇している様に，この段階では多大な動（図10）。ニーデックスでの処理例を以下紹介する。

力を必要とするため，一般的なミキサではトルク不足による過負荷停止や軸・羽根の強度不足によって団子状の処理

・ PP樹脂にタルクを85 mass％の高配合で混練しペレッ

物を撹拌することができず乾燥処理が進まない。一方で，ト化。

FMミキサは強力なモータと強固な設計により，この状況

・ フェノール樹脂にシリカやアルミナ粉末を70～90 volを撹拌しながら乗り越えることができる。団子状から乾燥％の高配合で混練。

5・ アルミナジルコニア粉末にワックス等のバインダを15がさらに進むと大粒状態になる。この時，顆粒内部の水分

mass％添加し混練。従来の混練機と比べ混練後の粘が抜けにくく減率乾燥に陥りやすいが，FMミキサの強力度が半分以下に低下し，成形性が向上。インジェクシ

なせん断力で大粒を解砕し，短時間で乾燥が進み，顆粒状

ョン成形が可能。

から粉末状になると動力が低下するとともに乾燥終了時点

・ セルロースナノファイバーやグラスファイバー，カー

で処理物の温度が一気に昇温する。このように，ミキサ動

ボンファイバーなど繊維状のフィラーを解繊しながら力と処理品温度をモニタリングすることで乾燥処理を自動樹脂中へ均一に混練。

制御することもできる。FMミキサの乾燥処理はスプレー

混合･混練機を用いた応用技術

ドライヤなどの熱風式乾燥機と違い，排気ガスの熱ロスも先に紹介したFMミキサは，混合混練用途以外にも様々

ほとんどなく，真空乾燥であれば低温で乾燥できるので放な操作が行える多機能混合機であり，その派生機種もある

熱も少なく，さらに強い対流で大きな伝熱係数が得られ，ので以下紹介したい。

ダマを解砕しながら処理するので恒率乾燥を維持し，効率

5･1

的で省エネな乾燥を可能とする。

乾燥処理

FMミキサの混合槽はジャケット構造となっており，ス

上記乾燥処理では，処理物の加熱原理は主にジャケット

チームや温水，オイル等の熱媒を流すことで加熱しながらからの伝熱と撹拌熱になるが，真空･減圧下では混合槽内撹拌できるため，スラリの乾燥や粉体の余分な水分，溶媒の気体を介した伝熱もなくなり，さらに減圧下では粉体のを除去することができる。
混合槽は減圧にも対応しており，流動状態が悪化するため，ジャケットからの伝熱係数がど

真空･減圧下で流動撹拌しながら乾燥させることで効率良うしても低下してしまう。そこで，マイクロ波をFMミキく乾燥することができる。さらに揮発させた溶媒分はコンデンサで凝縮し回収することで，有機溶剤を系外に漏洩させずに安全に乾燥･回収ができる（図11）。
図12に含水率50 mass％のセラミックスラリ100 kgを容積150 LのFM150型ミキサで減圧乾燥した処理例を示す。
減圧による水の沸点低下により約50 ℃の低温で乾燥処理

図10

ニーデックスの混練フロー

図11

FMミキサの真空･減圧乾燥システム

図12

FMミキサによるセラミックスの乾燥

図 12 FM ミキサによるセラミックスの乾燥

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耐火物

74［12］（2022）

サの混合槽内に照射することで，処理物を内部から直接加高速撹拌が可能であり，さらに特殊仕様では80～100 m･s－1

熱し，効率良く乾燥することができる。当社のFMミキサの超高速回転も可能であるためこのような物理的なコーティ

マイクロウェーブは，ジャケット加熱による乾燥処理と比ング（複合化）を可能とする。また，このような複合化処

べ，マイクロ波を照射することで乾燥速度が約 2 倍に，さ理に特化したミキサ「コンポジ」を開発し，複合化だけでらにジャケット加熱とマイクロ波を併用することで乾燥速なく，バインダーレスでの造粒も可能としている。

度を約 4 倍にできるほか，大きなエネルギーを要する吸着

方法④は母材となる粒子表面に液状バインダを介して別水の乾燥や水和物の脱水も効率的に行うことができる。

の子粒子を母粒子表面にコーティングする方法である。方5･2

法③では基本的に母粒子が樹脂や有機物，金属などの様にコーティング・表面改質･複合化処理

混練処理では化学的に粒子表面を濡れ易くする必要があ

塑性のあるものに限定されるが，方法④であればセラミッる。その方法として，界面活性剤などの第三物質を加える

クスや鉱物，金属酸化物などの硬い粒子の周りにもコーデ場合もあれば，粉体粒子表面をコーティング，もしくは表ィングできる。まずはFMミキサで母粒子の周りにバイン面改質して濡れ性を改善する方法がある。FMミキサを利

ダを均一に塗布し，コートする粉体を後から添加して母粒用したコーティング，表面改質方法を図13に示すが，主に子の周りに付着させコーディングする。コーティング層を4 つの方法がある。

厚くしたい場合はこの操作を繰り返すことでコーティング

方法①は粉体を流動撹拌しながら溶液状の界面活性剤や表層の厚みを制御できる。
6

面改質剤を造粒しないように少しずつ噴霧または滴下してゆ

おわりにくと，粒子表面に液剤が万遍なく均一に塗布される。その後，「アトライタ」や「FMミキサ」は販売開始から既に半そのままFMミキサで乾燥させて溶媒分を揮発させると，粒世紀以上経つが，今でも当社の主力商品として幅広い産業

子表面に改質剤が固定化される。また，シランカップリング

分野で活躍している。基本的な技術は変わらなくとも，市処理のように表面改質剤を加熱しながら加水分解させるよう場の要望に応えながら製品のブラッシュアップと用途開発な処理も，FMミキサでの恒温撹拌と，反応後の冷却･乾燥，を続け，「アルケミ」や「コンポジ」などの新たな派生機

および溶媒の凝縮回収によって可能とする。

種も開発してきた。粉粒体を扱う技術は実に奥深く，今回

方法②は，常温では固体，高温で融解するようなコート

ここでは紹介できなかった機器や応用技術が他にもたくさ剤をコーティングする方法で，粉体と固体のコート剤を一んある。今後，耐火物原料の発展にも貢献できる様，今回緒に混合撹拌しながらFMミキサを加熱し，コート剤を溶の様な情報交流と継続した開発を進めていきたい。

解させながら粒子表面に万遍なく均一にコーティングす

文献る。この時，流動性を持たせながら撹拌するような条件や

1 ）J. M. Filio, R. V. Perucho, F. Saito, M. Hanada and Y.

羽根を選択しないと，造粒や付着，コート剤の偏析が起き

Ito: Materials Sci. Forum, Vols.225-227（1996）pp.503-てしまう。コート後はジャケットを冷却することでコーテ

508.

ィング剤を固化させる。

2 ）G. Misaka, F. Saito, M. Hamada, H. Ito: Inorganic
Materials, 3 115-120（1996）．

方法③は固体コート剤を物理的に粒子表面に打ち込み，コーティングする方法である。この方法では高速で粒子表面に3 ）米コート剤を打ち付け，さらに強力なせん断力で擦り込み固定

国民，齋藤文良，早稲田嘉夫，成田

健：粉体工学会誌，35［9］639-645（1998）．
略歴化する。FMミキサは標準でも羽根の先端速度40 m･s での－1

椎名

啓 （しいなさとし）

日本コークス工業株式会社
化工機事業部 栃木工場 粉体技術センター①

開発グループマネージャー②
2005年

三井鉱山株式会社（旧社名）入社
栃木事業所

③

④
図13

FMミキサによるコーティング処理

2012年

化工機事業部

営業部 東日本営業グループ

2020年

化工機事業部

栃木工場

開発グループマネージャー

現在に至る

465

開発部配属
粉体技術センター