DE69512596T2

DE69512596T2 - Feinzerkleinerungsverfahren unter Verwendung einer horizontalen Mühle und horizontale Mühle

Info

Publication number: DE69512596T2
Application number: DE69512596T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Ueda; Hirohisa Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2015-07-25
Also published as: FI110847B; ZA956072B; EP0704245B1; FI954168A0; AU669835B2; ES2136776T3; JPH0889832A; FI954168A7; EP0704245A1; JP3174694B2; AU2713095A; DE69512596D1; US5544818A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein ultrafeines Pulverisierungs- bzw. Zerkleinerungsverfahren zum Erhalt ultrafeiner Teilchen mit einer Größe von mehreren Mikrometern oder weniger, die als hochfester Beton, als ein Hochleistungskatalysator oder dgl. benötigt werden.
Eine jüngere Technologie ist in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 5-87307 mit dem Titel "Centrifugal Processing Method and Apparatus" offenbart. Das Konzept dieser Technologie ist ein Vertikalmahlwerk gemäß Fig. 15, in dem eine Rührwelle 02 innerhalb eines hohlen Rotors 01 vorgesehen ist, und Pulverisierungsgut bzw. Pulverisierungsmedien 03 in einem Spalt S zwischen der Welle 02 und dem Rotor 01 angeordnet ist bzw. sind. Dabei wird unter der Bedingung, daß das zu behandelnde bzw. zu bearbeitende Material M im Spalt S vorhanden ist, der hohle Rotor 01 gedreht und gleichzeitig die Rührwelle 02 in der dem Rotor 01 entgegengesetzten Richtung gedreht, wodurch das zu behandelnde Material M pulverisiert bzw. zerkleinert wird. Gemäß der Veröffentlichung wird die Drehgeschwindigkeit so eingestellt, daß eine 1G überschreitende Beschleunigung auf das Pulverisierungsgut 03 einwirkt, wobei vorzugsweise der Pulverisierungsbereich zwischen 10G bis 200G gewählt wird.
Auch ist es gemäß der Veröffentlichung vorzuziehen, daß, wenn ein Innenradius des hohlen Rotors 01 durch R dargestellt ist, der oben beschriebene Spalt S die Beziehung 0,50 ≤ S / R ≤ 0,95, besser noch S / R = 0,80 bis 0,95, erfüllt. D. h. in dem Fall, in dem der Spalt S klein ist (S / R ≤ 0,50), ist es von Vorteil, daß die Zentrifugalkraft und die Pulverisierungswirkung gleichmäßig gestaltet werden, die Bearbeitungsleistung sich dabei jedoch vermindert. Andererseits würde sich in dem Fall, in dem S / R > 0,95 ist, die durch die Rührwelle 02 erzielte Rührwirkung verschlechtern.
Herkömmlicherweise besteht eine theoretische Voraussetzung darin, daß "es vorzuziehen ist, die hohe Drehgeschwindigkeit und das kleindimensionierte Pulverisierungsgut zu verwenden". Daher wird vorgeschlagen, die hohe Drehgeschwindigkeit von 100 bis 200G anzuwenden, wie schon erwähnt wurde. Auch ist es allgemein üblich, das Pulverisierungsgut mit einem geringen Durchmesser von 3 mm oder weniger zu verwenden.
Diese hohe Drehgeschwindigkeit und dieses Mahlwerk vom Typ mit geringem Durchmesser des Mahlguts bzw. Pulverisierungsguts weist jedoch die folgenden Probleme auf.
(1) Ein Reibungsverschleiß des Pulverisierungsguts ist hoch.
Da die Reibungsverschleißrate des Pulverisierungsguts in Proportion zu einer Drehgeschwindigkeit des Mahlwerks und zu einem spezifischen Oberflächenbereich des Pulverisierungsguts steht, wird die Reibungsverschleißrate gemäß Fig. 5 um so höher, je höher die Beschleunigung und je kleiner bzw. feiner das Pulverisierungsgut ist.
(2) Eine Beschädigungsrate des Pulverisierungsguts ist hoch.
Je größer der Durchmesser des Pulverisierungsguts ist, um so höher wird die Druck-Dehngrenze des Pulverisierungsguts. Deshalb ist im Fall des Pulverisierungsguts mit geringem Durchmesser die Beschädigungsrate des Pulverisierungsguts hoch.
(3) Der Energieverbrauch ist hoch, und die Temperatur des Pulverisierungsmaterials ist hoch.
Die Mahlwerkleistung steht in proportionalem Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit, und die im Mahlwerk erzeugte Wärmemenge steht in proportionalem Verhältnis zur Mahlwerkleistung. Dementsprechend wird im Fall der hohen Drehgeschwindigkeit die Temperatur des pulverisierten Materials hoch. In vielen Fällen würde die erhöhte Temperatur zu einem Faktor der Qualitätsverschlechterung des pulverisierten Materials oder zu einem Hinderungsgrund gegen die Erhöhung der Leistung.

ABRISS DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Pulverisierungscharakteristika zu verbessern und einen Energieverbrauch zu reduzieren, während Schäden / Verschleiß des Pulverisierungsguts in einem Horizontalmahlwerk für eine ultrafeine Pulverisierung unter Verwendung des Pulverisierungsguts (Kügelchen) und unter Nutzung eines Zwischenraums zwischen einem inneren Mantel und einem äußeren Mantel, die relativ zueinander als eine Pulverisierungskammer gedreht werden, verhindert werden.
Um diese und andere Aufgaben zu erfüllen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Pulverisierungsverfahren mit einem Horizontalmahlwerk bereitgestellt, in dem Pulverisierungsgut in einem Raum mit einem ringförmigen Querschnitt zwischen einem im wesentlichen horizontalen äußeren Mantel mit einer Innenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln angebracht sind, und einem inneren Mantel mit einer Außenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln angebracht sind, aufgenommen wird, wobei der innere Mantel koaxial mit dem äußeren Mantel ist, und in dem der innere und / oder der äußere Mantel gedreht wird, um dadurch ein in dem Raum mit ringförmigem Querschnitt einzuspeisendes Material zu pulverisieren, wobei das Pulverisierverfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß
(a) der innere und / oder der äußere Mantel mit einer solchen Drehgeschwindigkeit gedreht wird bzw. werden, daß eine auf das Pulverisierungsgut anzuwendende Maximalbeschleunigung nicht über das Dreifache einer Schwerkraftbeschleunigung hinausgeht,
(b) ein Durchmesser des Pulverisierungsguts im Bereich von 5 bis 15 mm liegt,
(c) ein Abstand zwischen der Innenfläche des äußeren Mantels und der Außenfläche des inneren Mantels nicht kleiner ist als das Dreifache eines Durchmessers des Pulverisierungsguts,
(d) ein Axialabstand zwischen den Rührflügeln jedes der Mäntel, des inneren und des äußeren, im Bereich des Dreifachen bis Sechzigfachen des Durchmessers des Pulverisierungsguts liegt, und
(e) ein Verhältnis eines Innendurchmessers des äußeren Mantels zu einem Außendurchmesser des inneren Mantels nicht kleiner ist als 0,5.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, die folgenden Wirkungen zu erzielen:
(a) Da mindestens einer der genannten inneren und äußeren Mäntel mit einer solchen Drehgeschwindigkeit gedreht wird, daß eine auf das Pulverisierungsgut einwirkende maximale Beschleunigung nicht das Dreifache einer Gravitationsbeschleunigung übersteigt, kann der Verschleiß des Pulverisierungsguts ausgeschaltet werden.
(b) Da ein Durchmesser des Pulverisierungsguts im Bereich von 5 bis 15 mm liegt, kann die Verschlechterung der Pulverisierungskraft aufgrund der geringen Drehgeschwindigkeit ausgeglichen werden.
(c) Da ein Intervall zwischen der Innenfläche des äußeren Mantels und der Außenfläche des inneren Mantels nicht kleiner ist als das Dreifache eines Durchmessers des Pulverisierungsguts, kann ein Antriebsfehler (anormal hohe Energie) durch ein Brückenphänomen des Pulverisierungsguts verhindert werden.
(d) Da ein Axialintervall zwischen den Rührflügeln jedes der inneren und äußeren Mäntel im Bereich vom Drei- bis Sechzigfachen des Durchmessers des Pulverisierungsguts liegt, können das Brückenphänomen des Pulverisierungsguts und der Ausfall der Pulverisierungs-Kraftübertragung verhindert werden.
(e) Da ein Verhältnis eines Innendurchmessers des äußeren Mantels zu einem Außendurchmesser des inneren Mantels nicht kleiner ist als 0,5, ist das Pulverisierungsgut-Füllgewicht bei derselben Pulverisierungsgut- Füllrate gering, und der Energieverbrauch kann reduziert werden.
Um die oben beschriebene und andere Aufgaben zu erfüllen, ist gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung auch ein Horizontalmahlwerk vorgesehen mit:
einem im wesentlichen horizontalen äußeren Mantel mit einer Innenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln angebracht sind,
einem inneren Mantel mit einer Außenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln angebracht sind, wobei der innere Mantel koaxial mit dem äußeren Mantel ist,
Pulverisierungsgut, das in einem Raum mit ringförmigem Querschnitt zwischen dem äußeren Mantel und dem inneren Mantel aufgenommen ist, sowie
Mitteln zum Drehen des äußeren und / oder des inneren Mantels, zum Pulverisieren eines in den Raum mit dem ringförmigen Querschnitt einzuspeisenden Materials, wobei das Horizontalmahlwerk dadurch gekennzeichnet ist, daß
(a) ein Durchmesser des Pulverisierungsguts im Bereich von 5 bis 15 mm liegt,
(b) ein Abstand zwischen der Innenfläche des äußeren Mantels und der Außenfläche des inneren Mantels nicht kleiner ist als das Dreifache eines Durchmessers des Pulverisierungsguts,
(c) ein Axialabstand zwischen den Rührflügeln jedes der Mäntel, des inneren und des äußeren, im Bereich des Dreifachen bis Sechzigfachen des Durchmessers des Pulverisierungsguts liegt, und
(d) ein Verhältnis eines Innendurchmessers des äußeren Mantels zu einem Außendurchmesser des inneren Mantels nicht kleiner ist als 0,5.
Gemäß diesem Mahlwerk ist es möglich, das Pulverisierungsverfahren der vorliegenden Erfindung wirksam auszuführen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Horizontalmahlwerks gemäß der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung eines Verfahrens der Erfindung,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht zur Darstellung eines weiteren Beispiels eines Horizontalmahlwerks gemäß der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung eines Verfahrens der Erfindung,
Fig. 3 eine graphische Darstellung eines experimentellen Ergebnisses bezüglich eines Verhältnisses zwischen einer Beschleunigung und einem Pulverisierungsgut-Durchmesser sowie Pulverisierungscharakteristika,
Fig. 4 eine graphische Darstellung eines experimentellen Ergebnisses bezüglich eines Verhältnisses zwischen dem Pulverisierungsgut-Durchmesser und einer Pulverisierungseffizienz,
Fig. 5 eine graphische Darstellung eines experimentellen Ergebnisses bezüglich eines Verhältnisses zwischen der Beschleunigung, dem Pulverisierungsgut- Durchmesser und einem Verschleißzustand des Pulverisierungsguts,
Fig. 6 eine graphische Darstellung eines experimentellen Ergebnisses bezüglich eines Verhältnisses zwischen einem Intervall zwischen einem inneren Mantel, einem äußeren Mantel, einer Größe des Pulverisierungsguts und der Mahlkraft,
Fig. 7 eine graphische Darstellung eines experimentellen Ergebnisses bezüglich eines Verhältnisses zwischen einem axialen Intervall der Rührflügel, einer Größe des Pulverisierungsguts und der Mahlkraft,
Fig. 8 eine Ansicht zur Darstellung einer Beziehung zwischen einem Dimensionsverhältnis des inneren und äußeren Mantels und eines Volumens einer Pulverisierungs kammer,
Fig. 9 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Pulverisierungsgut-Fülleffizienz,
Fig. 10 eine graphische Darstellung eines experimentellen Ergebnisses bezüglich eines Verhältnisses zwischen dem Dimensionsverhältnis des inneren und äußeren Mantels, dem Gewicht des Pulverisierungsguts, dem Energieverbrauch des Mahlwerks und der Pulverisierungs- Energiequelleneinheit,
Fig. 11 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Dimensionsverhältnis des inneren und äußeren Mantels und der Drehgeschwindigkeit des Pulverisierungsguts,
Fig. 12 eine Ansicht, die das experimentelle Ergebnis der kontinuierlichen Pulverisierung von Kalziumkarbonat beispielhaft wiedergibt,
Fig. 13 eine Ansicht, die das experimentelle Ergebnis im Vergleich mit der Mahlwerk-Auslaßtemperatur beispielhaft wiedergibt, wenn der Silikastein naß pulverisiert wird,
Fig. 14 eine Ansicht zur beispielhaften Wiedergabe des experimentellen Ergebnisses der Erzeugung der Mechanochemie eines Eisen-Systemkatalysators, und
Fig. 15 eine Längsschnittansicht zur Darstellung eines Beispiels eines herkömmlichen Mahlwerks.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In den Fig. 1 und 2, welche Horizontalmahlwerke zur Veranschaulichung eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung darstellen, bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen äußeren Mantel, die Bezugsziffer 2 einen inneren Mantel, die Bezugsziffern 3a und 3b Motoren, die Bezugsziffern 4a und 4b Untersetzungsgetriebe, die Bezugsziffern 5a, 5b, 6a und 6b Zahnräder bzw. Getriebe, die Bezugsziffer 7 Flansche, die Bezugsziffer 8 Lager, die Bezugsziffer 9 Befestigungselemente, die Bezugsziffer 10 eine hohle Drehwelle, die Bezugsziffer 11 große Packungen bzw. Dichtungen, die Bezugsziffer 12 eine Schlamm-Zuführleitung, die Bezugsziffer 13 ein Schlamm-Zuführloch, die Bezugsziffer 14 eine Pulverisierungskammer, die Bezugsziffer 15 ein Pulverisierungsgut, die Bezugsziffer 16 eine poröse Platte, die Bezugsziffer 17 Schlitze, die Bezugsziffer 18 eine Reservoirkammer, die Bezugsziffer 19 eine Auslaßöffnung, die Bezugsziffer 20 eine Auslaß- Führungsplatte, die Bezugsziffer 21 eine Auslaßleitung, die Bezugsziffern 22 und 23 Rührflügel und die Bezugsziffer 24 einen Einlaß zur Zuführung zu pulverisierenden Materials. Das in der Fig. 1 dargestellte Mahlwerk ist von einem Gegendrehtyp (mutual rotational type), bei dem der äußere Mantel 1 und der innere Mantel 2 in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden und das zu pulverisierende bzw. zu zerkleinernde Material von der Schlamm-Zuführleitung in der Form von Schlamm eingeleitet und über die Auslaßleitung 21 abgeführt wird. Das in Fig. 2 dargestellte Mahlwerk ist auch vom Innenmanteltyp mit unabhängiger Drehung, bei dem das zu pulverisierende Material von dem Einlaß 24 zum Zuführen von Pulverisierungsmaterial in Form von Pulver zugeführt und über die Auslaßleitung 21 abgeführt wird.

[Beschleunigung und Größe des Pulverisierungsguts]

Eine Pulverisierungsenergie E eines einzelnen Pulverisierungsguts mit einem Durchmesser d, der dem pulverisierten Material gegeben werden soll, ist wie folgt gegeben:
E (im Verhältnis zu) γ · d³ · v² γ · d³ · A
wobei γ die Pulverisierungsgut-Dichte, v die Drehgeschwindigkeit des Pulverisierungsguts und A die maximale Beschleunigung ist.
Dementsprechend ist im Vergleich zu dem Fall von d = 10 mm und A = 3G und dem Fall von d = 3 mm und A = 20G das Verhältnis der Pulverisierungsenergie gleich (10³ · 3) / (3³ · 20) = 5,6. Ein Pulverisierungs- bzw. Zerkleinerungsverfahren unter Verwendung eines Pulverisierungsguts großen Durchmessers und einer geringen Drehgeschwindigkeit, wie in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, kann eine viel höhere Pulverisierungsenergie ergeben als die im herkömmlichen Fall des Pulverisierungsguts kleineren Durchmessers bei höherer Drehgeschwindigkeit.
Die Pulverisierungscharakteristika sind in Fig. 3 dargestellt, in der das Horizontalmahlwerk (der äußere Mantel 1 mit konstant gehaltenem Innenradius R = 250 mm) verwendet wurde und der Silikastein-Pulverisierungstest durch Verändern der Beschleunigung A und des Pulverisierungsgut-Durchmessers d unter der Bedingung ausgeführt wurde, daß der Außenradius r des inneren Mantels 2 150 mm (S / R = 0,4) und der Flügelabstand P 100 mm betrug. In Fig. 3 sind die Pulverisierungscharakteristika des herkömmlichen Mahlwerks (Vergleich bezüglich der Zuwachsrate des spezifischen Oberflächenbereichs) als 1,0 dargestellt sind, wenn der Durchmesser d 3 mm und die Beschleunigung A 20 G beträgt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wurden bei Verwendung des Pulverisierungsguts großen Durchmessers von d = 5 bis 15 mm die Pulverisierungscharakteristika erzielt, die besser waren als im Fall von d = 3 mm und A = 20G, selbst bei der niedrigen Drehgeschwindigkeit von 3G.
Auch wurde, um die Charakteristika bei geringer Drehgeschwindigkeit zu bestätigen, der Pulverisierungstest für FRP, das eine Art Kunststoff war, unter der Bedingung A = 1,5G (konstant) durchgeführt. Das Ergebnis ist in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt eine Beziehung zwischen der Pulverisierungseffizienz (1 um oder weniger, wenn eine konstante Energie aufgebracht wurde) und dem Pulverisierungsgut-Durchmesser d. Aus dem Ergebnis des Experiments ergab sich, daß es möglich war, gute Pulverisierungscharakteristika durch Verwendung des Guts mit dem großen Durchmesser von d = 5 bis 15 mm zu erzielen.
Andererseits konnte die Reibungsverschleißrate des Pulverisierungsguts bei Anwendung der geringen Drehgeschwindigkeit erheblich reduziert werden. Fig. 5 zeigt das Testergebnis, das die Verschleißbedingungen des Pulverisierungsguts vergleicht, wenn der Silikastein kontinuierlich während 50 Stunden pulverisiert wurde. Die Pulverisierungsgut-Verschleißrate der Ordinate stellt die Gewichtsverhältnisse des Guts vor und nach dem Test dar.
Wie daraus hervorging, konnte der Verschleiß reduziert werden, wenn Pulverisierungsgut mit großem Durchmesser bei geringer Drehgeschwindigkeit verwendet wurde.
Beispielsweise konnte im Vergleich zum Fall des herkömmlichen Mahlwerks (A = 20G und d = 3 mm) der Verschleißbetrag um etwa ein Zehntel im Falle von A = 1,5G und d = 10 mm reduziert werden.

[Zwischenraum zwischen Innen- und Außenmantel und Größe des Pulverisierungsguts]

Wenn der Zwischenraum S zwischen dem Innen- und Außenmantel zu klein war, wurde ein Brückenphänomen des Pulverisierungsguts erzeugt und seine Bewegung behindert, so daß die aufgebrachte Energie außergewöhnlich hoch war. Infolgedessen kam das Mahlwerk zum Stillstand. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben aus einer Anzahl von Tests ermittelt, daß es zu keinem Brückenphänomen kam, wenn die in Fig. 6 gezeigte Beziehung zwischen S / d und der Mahlwerkleistung aufgestellt wurde, und wenn der Zwischenraum zwischen dem Innenmantel und dem Außenmantel, in den drei Güter eingegeben waren, d. h., auf S / D ≥ 3 eingestellt war.

[Axialer Zwischenraum von Rührflügeln und Größe des Pulverisierungsguts]

In den die vorliegende Erfindung verkörpernden Horizontalmahlwerken ist eine Mehrzahl von Rührflügeln an der Innenfläche des äußeren Mantels und an der Außenfläche des inneren Mantels vorgesehen. Der axiale Zwischenraum (Abstand) zwischen den Rührflügeln beeinflußt weitgehend die Pulverisierungscharakteristika und die Betreibbarkeit des Mahlwerks. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben aus einer Anzahl von Tests ermittelt, daß es möglich war, die Abstände P gemäß dem Verhältnis mit dem Pulverisierungsgut-Durchmesser d gemäß Fig. 7 zu klassifizieren, wobei der Optimalbereich 3 P / d ≤ 60 im Fall des Pulverisierungsguts großen Durchmessers von 5 bis 15 mm bei geringer Drehgeschwindigkeit von 3G oder weniger betrug. Falls P / d < 3 war, ergab sich das oben beschriebene Brückenphänomen des Pulverisierungsguts in der Axialrichtung. Auch war bei P / d > 60 die Menge des in einen Zwischenraum eingegebenen Pulverisierungsguts zu groß, so daß die Rührkraft eine ungenügende Übertragung ergab und die Pulverisierungskraft nicht ausreichte, was zu einer Verschlechterung der Pulverisierungsleistung führte.

[Dimensionsverhältnis der Innen- und Außenmäntel]

Falls der Innenmantel mit dem großen Außendurchmesser verwendet wurde, während der Innendurchmesser des äußeren Mantels konstant gehalten wurde, d. h. wenn r / R groß und S / R klein war, war ein Volumen der Pulverisierungskammer 14 (schraffierter Abschnitt) in Fig. 8 klein. In diesem Fall war es ausreichend, ein geringes Gewicht des Pulverisierungsguts zu verwenden, um dieselbe Pulverisierungsgut-Füllrate zu erzielen (Pulverisierungsgut-Füllhöhe h / Pulverisierungskammerhöhe H) (siehe Fig. 9). Da der Energieverbrauch des Mahlwerks sich gemäß der Zunahme des Pulverisierungsgut- Gewichts erhöhte, ergab sich mit dem geringen Gewicht des Pulverisierungsguts eine starke Wirkung. Auch wird die Pulverisierung in dem äußeren ringförmigen Abschnitt ausgeführt, in dem die maximale Drehgeschwindigkeit des Pulverisierungsguts erhalten werden kann, wobei die Pulverisierungseffizienz, wie später beschrieben wird, verbessert wird.
Fig. 10 zeigt das Ergebnis des Tests, in dem das Verhältnis S / R von 0,1 auf 0,9 unter der Bedingung der Pulverisierungsgut-Füllrate von 85%, A = 1,5G und d = 10 mm (die alle konstant gehalten wurden) geändert wurde. Die Kurve I stellt die Änderung des Pulverisierungsgut-Gewichts dar. Das Volumen der Pulverisierungskammer wurde um so größer, je größer S / R wurde (je geringer der Innenmantel wurde). Dementsprechend erhöhte sich das Gewicht des Pulverisierungsguts. Im Ergebnis erhöhte sich der Energieverbrauch des Mahlwerks gemäß der Erhöhung von S / R, wie durch die Kurve II angedeutet ist. Auch bestand der Grund dafür, warum sich die Energie beim Verhältnis S / R von 0,1 abrupt erhöhte, darin, daß S = 250 mm · 0,1 = 25 mm war, d. h. S / d = 25 mm / 10 mm = 2,5 wurde aus der oben beschriebenen geeigneten Bedingung von S / d ≤ 3 erstellt.
Andererseits zeigt die Kurve III das Verhältnis der Pulverisierungs-Energiequelleneinheit (Energieverbrauch pro Tonne im Fall der Pulverisierung für die gleiche Teilchengröße). Aus der Kurve ergibt sich, daß der Bereich, in dem die Pulverisierung mit der geringsten Energie möglich ist, 0,12 ≤ S / R ≤ 0,5 ist. Im Falle von S = 0,12 ist S / d = 30 mm / 10 mm = 3, da S = 250 mm · 0,12 = 30 mm ist. Demgemäß ist ersichtlich, daß im Falle von S / R < 0,12 die oben beschriebene Optimalbedingung von S / d ≤ 3 nicht erfüllt ist. Der Grund, warum die Energie der Energiequelleneinheit sich im Falle von S / R > 0,5 erhöht, besteht darin, daß die sich erhöhende Rate der Pulverisierungs- Bearbeitungsfähigkeit relativ zur sich erhöhenden Rate der durch die Kurve II angedeuteten Energie gering ist.
Es wird angenommen, daß der Grund, warum die Pulverisierungs-Bearbeitungsfähigkeit in dem Fall gering ist, in dem S / R groß ist, darin besteht, daß, wie durch die Raten-Gradientenkurve in Fig. 11(b) gezeigt ist, die Drehgeschwindigkeit des Pulverisierungsguts in der Nachbarschaft des Innenmantels sehr gering ist, und die Drehgeschwindigkeit fast keine Funktion erfüllt, um zur Pulverisierung beizutragen. Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung, da r / R ≥ 0,5 ist (S / R ≤ 0,5), wie in Fig. 11(a) angedeutet ist, als Pulverisierungskammer nur der äußere ringförmige Abschnitt, der eine hohe Drehgeschwindigkeit für das Pulverisierungsgut aufweist und der für die Pulverisierung geeignet ist, verwendet. Demgemäß ist es möglich, die hocheffiziente Pulverisierung mit einer in der Leistung niedrigen Energiequelleneinheit zu erzielen.

[Kontinuierlicher Pulverisierungstest]

Fig. 12 zeigt das Ergebnis einer kontinuierlichen Pulverisierung mit Kalziumkarbonat unter der Bedingung der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung spezifizierten Bereiche, d. h., A = 1,5G, d = 10 mm, S / R = 0,4, S / d = 10 und P / d = 10 während 50 Stunden. Aus Fig. 12 ergibt sich, daß die sehr stabilen, kontinuierlichen Pulverisierungscharakteristika gemäß dem Verfahren der Erfindung erzielt werden können.
Die folgenden Wirkungen können gemäß dem Pulverisierungsverfahren und dem Pulverisierungsmahlwerk der Erfindung erzielt werden.
1) Da die Temperaturerhöhung des pulverisierten Materials in dem Mahlwerk im Fall der erhöhten Kapazität gering ist, ist es möglich, ein Hochleistungsmahlwerk zu erzielen.
Dies beruht auf der Tatsache, daß der große Kühlbereich des inneren Mantels beibehalten werden kann, indem der Innenmantel mit großem Durchmesser verwendet wird, die Füllmenge reduziert wird, selbst wenn die Füllrate des Pulverisierungsguts konstant gehalten wird, und ferner die Pulverisierungsenergie durch Optimieren des Zwischenraums S zwischen dem Innen- und dem Außenmantel und der Axialabstand P der Rührflügel reduziert wird. Fig. 13 zeigt ein Testergebnis der Mahlwerkauslaß- Schlammtemperatur, wenn der Silikastein gemäß dem Naßmahlverfahren der Erfindung pulverisiert wurde, im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung in geeigneter Weise auf das System hoher Kapazität anwendbar ist. Tatsächlich arbeitet das ultrafeine 4t/h-Silikastein-Pulverisierungsmahlwerk, das als größtes in der Welt betrachtet wird, gut.
2) Ein mechanochemischer Effekt kann in der Pulverisierung leicht herausgefunden werden.
Dieser Effekt basiert auf der Tatsache, daß das Pulverisierungsgut mit einem großen Durchmesser von 5 bis 15 mm verwendet wird. Unter "Mechanochemie" versteht man ein Phänomen, bei dem mechanische Energie durch die Pulverisierungswirkung auf ein festes Material einwirkt, so daß ein Gitterdefekt (lattice defect) erhöht, eine Größe von kristallinen Teilchen verringert und eine amorphe Eigenschaft erzeugt wird. Dabei wird in vielen Fällen eine Reaktionsfähigkeit, Adsorption, Katalysatoraktivität oder dgl. erheblich verstärkt. In jüngster Zeit wurde durch Verwendung dieser Charakteristika der Wert und die Qualität des pulverisierten Materials zusätzlich verbessert.
Fig. 14 zeigt ein experimentelles Ergebnis der Mechanochemie des Eisen-Systemkatalysators. Es hat sich herausgestellt, daß, selbst wenn dieselbe Energie (Ext) aufgebracht wird, es in dem Mahlwerk für kleindimensioniertes Mahlgut nicht zu der Mechanochemie kommt (durch E&sub2; in Fig. 14 angedeutet), und die Mechanochemie nur in dem Mahlwerk für großdimensioniertes Pulverisierungsgut (durch E&sub1; in Fig. 14 angedeutet) mit dem Pulverisierungsgut-Durchmesser von 5 bis 15 mm auftritt. Der Grund für das Auftreten der Mechanochemie wäre der, daß die Mechanochemie nur unter den Bedingungen auftritt, daß die kritische Energie Ecr vorhanden ist und die augenblickliche Energie E, die vom Pulverisierungsgut auf das pulverisierte Material übertragen wird, größer als Ecr ist. D. h., die Mechanochemie wird leichter in dem Fall erzeugt, in dem durch das großdimensionierte Pulverisierungsgut eine hohe Energie abgegeben wird, selbst wenn die Anzahl der Pulverisierungsgüter gering ist, als in dem Fall, in dem die hohe Energie durch die kleinen Pulverisierungsgüter abgegeben wird.
3) Wie oben beschrieben, basiert die vorliegende Erfindung auf dem der herkömmlichen Voraussetzungstheorie entgegengesetzten Konzept, daß die kleinen Pulverisierungsgüter und hohe Drehgeschwindigkeiten für die ultrafeine Pulverisierung vorzuziehen sind. Gemäß der Erfindung werden die großdimensionierten Pulverisierungsgüter und die geringe Drehgeschwindigkeit verwendet. Im Ergebnis kann die vorliegende Erfindung auf ein ultrafeines Pulverisierungsmahlwerk mit hoher Kapazität von 4t/h angewandt werden, auf das das herkömmliche Verfahren nur mit Schwierigkeiten anzuwenden wäre, wobei die vorliegende Erfindung durch die Mechanochemie erfolgreich auf eine Pulverstruktur mit hohem zusätzlichen Wert angewandt werden kann.

Claims

1. Pulverisierverfahren mit einem Horizontalmahlwerk, in dem Pulverisierungsgut (15) in einem Raum (14) mit einem ringförmigen Querschnitt zwischen einem im wesentlichen horizontalen äußeren Mantel (1) mit einer Innenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln (22) angebracht sind, und einem inneren Mantel (2) mit einer Außenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln (23) angebracht sind, aufgenommen wird, wobei der innere Mantel (2) koaxial mit dem äußeren Mantel (1) ist, und in dem der innere (2) und/oder der äußere (1) Mantel gedreht wird, um dadurch ein in den Raum (14) mit ringförmigem Querschnitt einzuspeisendes Material zu pulverisieren, wobei das Pulverisierverfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß

(a) der innere (2) und/oder der äußere (1) Mantel mit einer solchen Drehgeschwindigkeit gedreht wird bzw. werden, daß eine auf das Pulverisierungsgut (15) anzuwendende Maximalbeschleunigung nicht über das Dreifache einer Schwerkraftbeschleunigung hinausgeht,

(b) ein Durchmesser des Pulverisierungsguts (15) im bereich von 5 bis 15 mm liegt,

(c) ein Abstand zwischen der Innenfläche des äußeren Mantels (1) und der Außenfläche des inneren Mantels (2) nicht kleiner ist als das Dreifache eines Durchmessers des Pulverisierungsguts (15),

(d) ein Axialabstand (P) zwischen den Rührflügeln (22, 23) jedes der Mäntel, des inneren und des äußeren (2 bzw. 1), im Bereich des Dreifachen bis Sechzigfachen des Durchmessers des Pulverisierungsguts liegt, und

(e) ein Verhältnis eines Innendurchmessers (R) des äußeren Mantels (1) zu einem Außendurchmesser (r) des inneren Mantels (2) nicht kleiner ist als 0,5.

2. Horizontalmahlwerk mit

einem im wesentlichen horizontalen äußeren Mantel (1) mit einer Innenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln (22) angebracht sind,

einem inneren Mantel (2) mit einer Außenfläche, an der eine Mehrzahl von Rührflügeln (23) angebracht sind, wobei der innere Mantel (2) koaxial mit dem äußeren Mantel (1) ist,

Pulverisierungsgut (15), das in einem Raum (14) mit ringförmigem Querschnitt zwischen dem äußeren Mantel (1) und dem inneren Mantel (2) aufgenommen ist, sowie

Mitteln (3, 4, 5) zum Drehen des äußeren (1) und/oder des inneren (2) Mantels, zum Pulverisieren eines in den Raum (14) mit dem ringförmigen Querschnitt einzuspeisenden Materials, wobei das Horizontalmahlwerk dadurch gekennzeichnet ist, daß

(a) ein Durchmesser des Pulverisierungsguts (15) im bereich von 5 bis 15 mm liegt,

(b) ein Abstand (S) zwischen der Innenfläche des äußeren Mantels (1) und der Außenfläche des inneren Mantels (2) nicht kleiner ist als das Dreifache eines Durchmessers des Pulverisierungsguts (15),

(c) ein Axialabstand (P) zwischen den Rührflügeln (22, 23) jedes der Mäntel, des inneren und des äußeren (2 bzw. 1), im Bereich des Dreifachen bis Sechzigfachen des Durchmessers des Pulverisierungsguts liegt, und

(d) ein Verhältnis eines Innendurchmessers (R) des äußeren Mantels (1) zu einem Außendurchmesser (r) des inneren Mantels (2) nicht kleiner ist als 0,5.