JPS6068042A - 強固な造粒物の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 従来、無機又は有機材料の破細物（粉体、破砕くづ、削
りくづ、切りくづ）を造粒してペレット或はブリケット
状等に造粒固化し、各種用途に０１−することは公知で
あり、しかもこの種の造粒物を士単に造粒固化以前の粒
状物形態そのままの千１１用に比べて多くの技術的或は
経済的効果のあることｔ±一般に認められ、概要状の通
りである。

（１）造粒物はその原料である破細物に比べて力）さ密
度が３〜８倍も高く、従ってその包装、輸送、貯蔵等の
費用を著しく低減する。

（２）成分の異なる二種以上の破細物から成る混合材料
を以て造粒しても造粒物においてはその成分の分離を防
ぎ、従って均一性が保たれる。

（３）使用に際し造粒物は流動性がよく、ホッパー内の
架橋現象や運搬、貯蔵中の固化を防ぐ。

（４）造粒物は輸送、貯蔵、ふるい分は等におけるダス
トの発生を防ぎ、損失が少なく又環境汚染がない。

（５）供給、運搬、秤量の連続化、自動化が容易である
。

従って、上記諸項目に示した目的効果を達成するために
は、造粒物は強固に成形され耐久性に富み且つ生産性が
高くて安価でなければならない。

しかして、従来から行われている造粒成形方法には次の
ようなものがある。

（１）無機又は有機材料の破細物をそのまま加熱して材
料に可塑性を生起させ、高圧下に造粒する。

この方法の欠点は特定材料にのみ有効で、し々）も加熱
温度は約４００℃以上の高温を必要とする場合もある（
石炭粉末の造粒）。

（２）同上材料の破細物に水分を与え加熱し、材料に湿
熱により可塑生を生起させ、これを圧力下に成形する。

この方法は蛋白質、澱粉質、木質系材料等に応用される
が、添加水分量を誤ると製品はとかく柔かくなるほか、
かびの発生となり成分の変質劣化を起こし、特に飼料、
肥料の用途においては好ましくない。

また木質系材料のこのような造粒法で得たものを固形燃
料として使用するときは、含有過剰水分のために着火性
を害し、そのヒ発熱量が低下する欠点があるので、後に
乾燥工程が必要となる。

このように以上（１）〜（２）法は一般には耐久性のあ
る強固な造粒は望めない場合が多い。

（３）以上の理由から、改良方法としてバインダー添加
方法がある。

而して、従来用いられたバインダーは殆ど大部分が液状
にして非水系のタールピッチを除けば多くは水溶液であ
り、その成分としては亜硫酸ノ々ルプ廃液、＠密、リグ
ニン、澱粉、アルファー澱粉、アルギン酸ソＪダ、ふの
り、ＰＶＡ、ＣＭＣ，ゼラチン等である。また水ガラス
、セメント、粘土等も水の存在において用いられる。そ
の池水性エマルジョンとしてピッチ、アスファルトを用
いることがある。

これら水溶性又は水性エマルジョンバインダーは有効成
分の濃度を高めるとコストアップはするが、バインダー
としての接着力を高め、強固な造粒に寄与するほか、造
粒物の水分量が少なく、多くの利益がある。従ってバイ
ンダーの濃度アップは好ましいがその際この濃度アップ
により急激に溶液粘度を上昇し、原料破細物との混合捏
和か甚だ困難となり且つ不均一混合となり易く又バイン
ダーの均一混合のためにはいきおい多量のバインダーを
必要とする不経済性がおこる。

従って、必要範囲内の高濃度バインダーの適量を原料破
細物に均一に混合するためには、エツジランナーミル或
はアイリッシュミキサー等の特殊機を用い長時間処理せ
ねばならない不都合がおこる。

以上から、水溶液バインダー或はエマルジョン等の液状
バインダーを用いる造粒方法においては、高度の接着結
合効果により強固な造粒物を得ることには自からバイン
ダーの濃度上の問題があり実質的には一定の限度がある
。

なお、濃厚液を作るためには粘度上昇のための困難があ
るほか、特殊装置を用いなければならない。

また水性エマルジョンもいたずらに濃度上昇すればエマ
ルジョンの安定性を欠き実用にそぐわない。

タールピッチの濃度アップも前記水溶液バインダーと同
様にその粘度上昇による障害はさけられない。

本発明渚は強固な造粒物の成形技術を追求し、とくに最
も廉価なる澱粉質をバインダーとして採用し、造粒時の
添加混合方式の簡略化と結合力が強大な特殊糊化方式を
研究し成功を収めた。

本発明は造粒するにあたり先づ一定の水分を保持する無
機又は有機材料破細物に少量の粉状金属塩類を配合した
粉状の澱粉質を加え、極めて容易か２単時間に均一混合
を可能とし、次いで造粒機中に連続投入された混合物は
強制造粒操作で発生する摩擦熱、圧縮熱により材料破細
物の保持する水分は材料破細物から蒸発して遊離水分と
なって金属塩類を溶解し、これが共存する澱粉質に造粒
機内の熱雰囲気中で作用し、更にこれに加えて造粒間に
加えられる混合捏和圧潰の物理的作用と相俟って添加澱
粉質は造粒工程中に糊化温度を低下させ、更に糊化物の
粘度を上昇させて瞬間的に容易に糊化し、粘稠にして強
大な接着力を有する糊化物を生成し、材料破細物の表面
を均一に濡らし各個の粒子を強固に結合造粒し、得られ
た造粒物はかつて想像もできなかった耐久性に富むもの
となることが解った。

従来、澱粉質又はその池水溶性粘結物質を造粒用のバイ
ンダーに用いる時は予め澱粉質等に対して９０％以上の
水を加え加熱下に溶解し、一定限度内の粘度とした糊化
液（又は溶液）を原料破細物と混合したが、次のような
問題があった。

１１Ｑに強固なる造粒物を得るには、粘結成分の濃度を
高め造粒物を形成する原料破細物相互の粘結を強化し又
造粒物中の水分を出来る限り小さくして品質の安定を図
るべきである。しかし、例えば澱粉質の場合、最高濃度
の糊化液を得るために特殊化装置を用いても澱粉質濃度
は約２０％を限界とし、しかもこのものは粘度飲方セン
チポイズと高く、これ以−にの高粘度のものは得られな
かった。また、このような高粘度の糊化液は造粒のため
に原料破細物との混合はママコとなり不均一であるばか
りでなく、殆ど均一混合は不可能であった。実験によれ
ば、破細物に辛うじて混合可能な糊化液はＶ粉約１０％
濃度であった。

ところが、本発明者は水の存在において加熱下で澱粉質
に金属塩類を作用せしめるときは上記の単なる加熱糊化
方式に比べて糊化温度が降下し、従って糊化反応は瞬時
に完了し、しかも得られた糊化液は著しく粘度が高く、
接着力が強大にして乾燥後は糊化液は強固に角質化し、
造粒バインダーとして極めて優れた効果をあられすこと
を発見した。

第１表は前述した澱粉質の従来の加熱糊化方式と本発明
の糊化方式の比較実験を行なった結果（ただし、澱粉２
％糊化液の物性）を示すものである。

（以下余白） 従来、水中に分散した澱粉に金属塩類として澱粉質に対
し約２３％以上の強アルカリ例えば苛性ソーダを添加し
、これを常温下に作用したアルカリ糊は「アパラチン」
として知られ、又一般に澱粉に対しカルシウム、亜鉛、
マグネシウム等の塩類を添加し加熱下に糊化するときは
上記アルカリ糊の生成と全く同じ効果を示すことが知ら
れているが、上表から澱粉質はたとえ少量の弱アルカリ
又は硫酸塩類の添加を以てしても加熱下に反応すれば上
記アバラチン化と同様な傾向を示し、糊化温度が低下し
て糊液の粘度上只と接着力の増大を示すことが判明した
。また得られた糊化液は材料破細物を接着結合して乾燥
後角質化し強固なものとなることが解った。

これらの知見から、金属塩類としてアルカリ又は硫酸塩
類添加の糊化物は造粒物に強固な耐久性を与え得ること
を予期し、この原理にもとすく効果を造粒操作中に発現
するべく研究を行った。

すなわち、澱粉質に金属塩類としてアルカリ又は硫酸塩
類を添加して生成された糊化液（以下特殊糊化液という
）を造粒バインダーとして用１．）、造粒時に強大な結
合力をめるためには、造粒時に生成される特殊糊化液中
の一定澱粉量に対し可及的少量（造粒操作の差支えない
、また添加金属塩類を溶解し澱粉質を特殊糊化するに足
る）の水分を与えて高粘度の特殊糊化液の生成を造粒操
作中に実現しようと試みた。

このためには加熱下に反応を進めることは勿論であるが
、通常強制造粒方式下例えばペレットミルの操作におい
ては、バインダーを添加混合した材料破細物はペレット
ミル中で更に高速混合と捏和圧潰及び成形押出の機械的
外力が加えられ、この際材料破細物の粒子間摩擦と捏和
圧潰、押出に加えられる強大な外力により発熱するが、
ここで加えられる機械的捏和作用等は発熱効果とは別に
少量の水分の存在においても添加澱粉質の特殊糊化促進
に極めて著しい効果を与え、この作用は澱粉質を均一に
、しかも殆ど瞬間的に特殊糊化する化学反応を促進する
物理的効果のあることが解った。これは本発明の第２の
発見である。

更にくり返せば、本発明は材料破細物に予め化学、反応
を受け易い微粒子状の粉状酸粉質と粉状のアルカリ又は
硫酸塩類をえらび添加し、混合を均一容易とするほか、
次に造粒操作で加えられる捏和圧潰押出時の発熱にとも
なう材料破細物からの水分の蒸発→アルカリ又は硫酸塩
類の溶解→澱粉の特殊糊化反応が進められ、更にこの間
引き続き加えられる捏和圧潰押出作用の機械的効果が両
々相俟ってバインダーの特殊糊化を化学的にも物理的に
も促進し、これを強力バインダーとして強固な造粒物を
完成させるものと考えられる。

従って、本発明は （１）添加バインダーが水溶性で微細な粉末状であるこ
と （２）造粒時強力な強制造粒作用で外力を加えられるこ
と が必須の条件となる。

次に、実際の造粒操作について説明する６水分８〜３０
％を含有する無機又は有機破細物（例えば８〜１５０メ
ツシユ）ｉｏｏ重量部に対しＶ粉１〜３重量部に粉状ア
ルカリ又は硫酸塩類を０．０７〜０．３重率部を加えた
バインダーを常温下に添加混合し、簡単なスクリューフ
ィーダー等で約２分間で均一混合を完了した。これをベ
レー／　トミル中に投入し、ペレットミル内で更に高速
混合すると共にダイス及びローラー間において約ｌＯＯ
〜３００に９／”２の捏和圧潰押出の外力が加えられて
造粒され、ペレットは造粒機外に放出される。その間の
所要時間は約１〜５秒であった。なお放出されたペレッ
トの温度は約４０〜１０５℃であり、従って造粒間材斜
波細物の造粒機中における温度は約５０−１１５°Ｃと
推定された。なお、このような造粒操作においてバイン
ダーの特殊糊化に必要とした水分は投人材斜波細物の全
含有水分８〜３０％中の一部と考えられ、その全部では
ないことは明白であるが、舟板りにその水分の全部が特
殊糊化に消費されたと仮定しても、糊化反応後の糊温度
を次のように推定することができる。

澱粉質１〜３重量部／消費水分８重量部−（ａ）澱粉質
１〜３重量部／消費水分３０重量部・（ｂ）従って、造
粒中に特殊糊化され生成された糊の濃度は １２．５〜３７．５％争・・φ争・・・ｍ−・φ・（ａ
）３．３〜１０．０％・９・―・・１１１１拳・１１や
・（ｂ）となる。

前述した通り、造粒間バインダーの特殊糊化に消費され
た水分は決して材料水分の全部でないことから、前記（
ａ）（ｂ）水分（７）１／２〜１／３量が消費されたと
推定しても、糊化完了後の糊の濃度は実に（ａ）（ｂ）
の２〜３倍となり、従来工業的に澱粉質を糊化した可能
濃度の優に数倍の高濃度、高粘結性の特殊糊化が造粒操
作中に瞬時に生起し、しかも高粘度のため材料への内部
含浸することなく表面のみを効果的にぬらしてバインダ
ー効果を充分に発揮し、強固な造粒が完成されたものと
考えられる。

このようにして行なう造粒のためのバインダー添加量は
少量で足り、充分目的を達成して経済的である。また、
造粒操作中このように特殊糊化したバインダーは粘稠で
あるため、押出ダイスを通過するときの潤滑剤の作用を
なし、押出工程の摩擦抵抗を減少させ、造粒の生産性を
高め、ダイスの損耗を少なくする。

次に、各技術要素について説明する。

（１）原料破細物に与える水分は一般に（±８〜３０％
まで適用されるが、好ましくは１０〜２０％である。な
お、無機材料は吸水性なく添加水分ｔ±８〜１３％、又
親水性の有機材料又は無機材料でもポーラス組織のもの
は添加水分１０〜２０％力く適当である。なお、水分３
０％以上でも本発明法Ｃ±適用可能であるが、造粒物の
耐久性は添加水分量の増加にしたがって低下し柔らかく
なり、又製品の含有水分は過剰となる。

（２）破細物とは一辺６ＩＩＩＩ１１以下の立方体、平
面体又は粉状物体の全てを含む。

（３）添加澱粉質の種類は、澱粉としては馬鈴薯澱粉、
甘藷澱粉、小麦酸粉、コーンスターチ、セーゴ澱粉、タ
ピオカ澱粉、蕨澱粉、葛澱粉、米澱粉、彼岸花澱粉、そ
てつ澱粉、どんぐり澱粉、高梁澱粉、菊芋澱粉等何れで
もよく、また穀粉として米粉、、小！粉、コーンフラワ
ー、マイロフラワー等が例示できる。また、澱粉製造工
程中に排出される澱粉質を含む残液例えば馬鈴薯澱粉製
造で得られる乾燥薯殻（Ｗ粉質６４％含有）或いは甘藷
澱粉製造の乾燥薯殻（澱粉質４５％含有）も使用するこ
とができる。なお、このような澱粉質バインダーによる
造粒ペレットの長期保存でかびの発生を防止するために
は、防腐剤例えばプロピオン酸ソーダ、サルチル酸ソー
ダ、安息香酸ソーダ等の微量を添加することができる。

（４）添加粉状の金属塩類のアルカリ塩としては炭酸ソ
ーダ、炭酸カリウム、三燐酸ソーダ、硼酸ソーダ等が好
ましく、又中性基或いは酸性塩の一例としては潮解性が
少なく粉状化の容易な硫酸亜鉛あるいは硫酸マグネシウ
ムが推奨出来る。その添加量は澱粉質に対して重量比で
０．０７〜０．３％、好ましくは０．１％前後である。

この程度の金属塩類の添加された造粒物は一部の農薬、
肥料用造粒物を除いてこれら添加物による障害は少ない
、また、比較例として苛性ソーダは強アルカリでしかも
原状以外に使用できないため、澱粉質と常温で直ちに反
応して糊化が進み、混合中に澱粉質を加えた原料破細物
が団塊となって均一混合は不可能であった・ （５）造粒機及び造粒方法 造粒には自足造粒と強制造粒があるが、本発明で採用で
きるのは原料破細物に機械的外力を加えて造粒する所謂
強制造粒方式であり、その方式の概要は下記の（イ）（
ロ）の通り↑あり、モの造粒機構は圧縮応力、付着、凝
集力による。

（イ）押出し造粒 スクリュー、スピンドル又はロールブレード。

ラム等の押出し機構により材料をダイスより押出し造粒
するもので、スクリュー型、ペレットミル型、コールド
カット式、ホットカット式がある。

造粒物の形状は円柱、レンズ型が多い。

（ロ）圧縮造粒 乾燥材料又は低湿材料をポンチやモールドなどを利用し
て圧縮造粒するもので一打錠機、ブリゲット機があり造
粒物の形状には各種ある。

次に、本発明の実施例について説明する。

実施例１ カーボン粉末（１７０メツシュ９０％）に水分１５％を
加えて給温せしめ、これに＄２表に示すような粉状殿粉
及び粉状アルカリを加えて常温で混合したのち、造粒圧
力的１８０　Ｋｇ／　Ｃｍ２でペレットミルを用い直径
８　＋＊ｍ　、長さ２０ｍｍの円柱形に造粒した。その
際機外に排出されたペレットの温度は約８３℃であり、
保有水分は１０〜１１％であった。これを後記（註）の
ような耐久性テストを行い、その結果を第２表中に比較
例と共に一括表示した。

（以下余白） 粉化率試験 ５ｔｒｏｕｐの粉化試験法でペレット試料５００牙をｒ
、ｐ、ｍ、で１０分間回転したのちペレットの直径より
１２．５％小さい目開きの金網で粉をふるい分け、全量
に対する百分率として粉化率を算出した。

硬度測定 ストークス硬度計を用いペレット試料２０個についてペ
レットを直径方向に押しつぶすに必要な力（Ｋｇ）を測
定しその平均値で示した。

以上から本発明法においては、表中の比較例６に比べて
飛躍的に耐久性を増し、単に澱粉使用の場合に比べてア
ルカリ添加法はペレー２トの粉化率は１００：６、硬度
においては１００　：　６７８と改良されている。

ここで造粒されたカーボン粉末ペレットは総発熱量８０
００　Ｋｃａｌ／　Ｋｇ以上の固形燃料として安価であ
り、しかも過酷な輸送、貯蔵にも大なる耐久性を示し、
使用に際して燃焼機への自動供給が可能となり、単なる
粉状の原料（カーボン粉末には見られない燃料特性を具
え、従来余り顧みられなかったカーボン粉末の新用途の
開発となる。

実施例２ 製材−１程で発生するパーク（樹皮）を乾燥後破細した
もの（８〜１５メツシュ８０％）を水分２０％に調整し
、これに第３表に示すように殿粉質として甘藷乾燥藷穀
及び粉状アルカリを加え、常温において混合し、ペレッ
トミルを用い約１５０Ｋｇ／Ｃｌ１２の造粒圧を加えて
直径１０ｍ＋ｉ、長さ３０ｍｌ１１の円柱状に造粒成形
した。このペレットは造粒後機外に放出されたときには
約７０℃であり、保有水分は１５〜１６％であった。こ
れを実施例１と同様な耐久性テストを行い第３表中でそ
の結果を明示した。

（以下余白） パークは成分中にそのに成分である＃ｌ！維素のはか″
にリグニン、ベンドーズ、ペクチン、ロジン等の随伴物
を合計約２０％保有し、これらの随伴物は湿熱下の造粒
において可塑性を帯び、造粒成形性があり、添加バイン
ダーの効果は実施例１に比べて著大ではないが、表中に
みるようにペレットの粉化率はｔｏｏ：３３、硬度は１
００：１３９と向−ヒする。ここで得られたペレットは
総発熱量的４３００　Ｋｃａｌ／　Ｋｇで固形燃料とし
て未利用資源の燃料化として役立つ。

実施例３ 醇化第二鉄（１２０メ一７シユ９５％）に水分１０％を
与え、これに第４表に示すように澱粉質として米粉及び
粉末アルカリ硼酸ソーダを加え常温で混合し、ペレット
ミルを用い約２３０　Ｋｇ／　ｃｍ２の造粒圧を加えて
直ｆｆ　６　ｍｍ　ｌ長さ１５ｍｍの円柱状に造粒成形
した。成形直後に機外に放出されたペレットの温度は１
０２℃であり、含有水分は６％であった。これを実施例
１と同様な耐久性テストを行なった結果を第４表に示す
。

その結果、得られたペレットは比重も大で、従来法で造
粒されたものはとかく輸送工程中にこわノれ易かったが
、本発明法によれば耐久性は飛躍的に高まった。また、
この造粒物はロータリーキルンなどによる仮焼などの工
程を経るが、これに対しても充分な耐久性が認められた
。

実施例４ もみがらに水分１８％を与え、これに第５表に示すよう
に澱粉質としてコーンスターチ及び粉状硫酸マグネシウ
ムを加え、常温で混合しペレットミルな用い約２３０　
Ｋ３７　ｃｍ２の造粒圧を加え直径８ｍｍ、長さ２０Ｉ
ＩＩ１１ノ円柱状に造粒成形した。ｒ＆形直後機外に放
出されたペレットの温度は９５℃であり、含有水分は１
４％であった。これを実施例１と同様な耐久性テストを
行ない、その結果を第５表に示した。

（以下余白） その結果、得られたペレットは比重も大で強固であった
。氷晶はとくに粗肥料として大量の貯蔵、連搬供給の必
要があるが、これに対し充分の耐久性が認められた。

特　許　出　願　人　清　水　勝　次 手続補正書（自発） 昭和５９年　９月】７日 特許庁長官　志　賀　学　殿 ２、発明の名称 強固な造粒物の成形方法 ３、補正をする者 本件との関係　特許出願人 べ名０名称　清　水　勝　次 ４、代理人 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ６、補正の内容 （１）明細書５Ｐ１２行目に「タールピッチの濃度アッ
プ」とあるを「タールピッチエマルジョンの濃度アップ
」と補正する。

（２）明細書１６Ｆ１７〜１８行目に「重量比−ｔ’　
０．０７〜０．３％、好ましくは０．１％前後」とある
を「＠量比で７〜３％、好ましくは５％前後」と補正す
る。

（３）明、１ｌｌＩ書２０Ｐ４行目にｒｒ、ｐ、ｌｌ−
でノとあるをｒ５０ｒ−ｐ。

ｍ、で」と補正する。

（４）明細書２７Ｐ２行目に「粗肥料」とあるを「粗飼
料」と補正する。

以　−Ｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量比で８〜３０％の水分を保持する無機又番±有機材
   料の破細物に、粉状の澱粉質に少量の粉状の金属塩類を
   配合して成る組成物の適量をノくイングーとして添加混
   合し、これを強化１造粒することを特徴とする強固な造
   粒物の成形プＮＪ母。