Method and apparatus for separating a fraction in the material flow

【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料流において微細材料のような画分（fraction）を分離する方法および装置に関する。 本発明は、特に、粒子からなる流動化可能な材料を、そのような材料の微細画分を連続的に減らすことにより処理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
流動化可能な材料の大量の搬送に関連して生じ得る１つの問題は、搬送／処理中に粒子がより微細な画分に粉砕されることである。 搬送すべき材料において微細な粒子すなわち粉粒（dust）の割合が高くなり過ぎる場合、搬送システム自体において、および材料の下流での使用に関連して、そのいずれにおいても深刻な動作上の問題を生じる可能性がある。 このような問題には、セグリゲーション、沈降物または粉粒の層の堆積、調量（metering）、および排出の問題が含まれ得る。 特に、電気分解システムに関連したアルミナまたはフッ化物の搬送および給送に関連して、このような問題により、非常に望ましくない動作上の問題が生じる可能性がある。
【０００３】
米国特許第４，６９２，０６８号は、流動化可能な材料の量を調整することができる装置に関する。 この装置は、貯蔵タンク、流動化要素（fluidisation element）、圧力／脱ガスの平衡のためのパイプ、および流動化した材料（fluidised material）を排出するための出口開口から構成される。 この記載によれば、装置から流出する流動化したアルミナの量は、装置に供給される流動化ガスの圧力を単に調整することにより調節される。 この特許は、この装置が、より微細な画分を材料流から除去するための分離機として使用できるかどうかについて述べていない。
【発明の開示】
【０００４】
本発明により、材料流においてより微細な画分の割合が高すぎる結果として生じる問題をかなり減らすことができる。 本発明では、より微細な粒子が材料流から抽出され、その結果、サイズ分布の幅が減少し、セグリゲーションの可能性が減る。 より微細な画分が除去される結果、粉粒が生じる可能性も減る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明を、例および図面によって以下にさらに詳細に説明する。
【０００６】
図１を参照すると、装置は、流動化可能な材料の供給のために入口チャネル１を備えている。 加圧ガスのパイプ２３に連結された流動化要素２が、チャネルの底面に取り付けられている。 入口チャネルは、わずかに傾斜し、垂直な下方部３に通じており、下方部３は出口開口４を含んでいる。 出口開口は、断面を部分的に覆う狭まり部（constriction）が挿入されている（図示せず）場合、垂直な下方部の断面よりも狭くなり得る。 出口開口を出る材料は、水平の閉じた導管７の一端に取り付けられた分配室６に入る。 この導管は、一端に下方出口５を備え、両端間で上方からの抽出装置９と接続している。 抽出装置は、分配室の幅を覆うギャップ形状の開口２０を有し、流れ方向に抽出する。 開口は、２つの斜めの傾斜板２１、２２の間に形成され得り、これらの傾斜板は、分離室１７へ下方に延び、傾斜板２２は、傾斜板２１よりもわずかに深く分離室１７へ下方に延びている。
【０００７】
分離室１７は、分配室６と出口５との間の領域で、導管内に画定されている。 例による導管７は、種々の高さの底面を有し、この例では、より高さの低い底面１０が分配室６に関して取り付けられ、より高さの高い底面１１が分配室６から下流に配置されている。 それぞれパイプ１４、１５を介して加圧ガスの貯蔵部と連結している流動化要素１２、１３が、導管の底面に取り付けられている。 便宜的に、導管７が入口チャネル１の幅に関してその全長に沿って幅を変えることができる。 たとえば、導管７と入口チャネル１との間の幅の比は、分離室のより大きな活性（流動化）領域を確保するように約１００：１とすることができる。
【０００８】
分配室６と分離室１７の間には、底面１０との間にギャップ１８を形成する垂直仕切り１６がある。 この仕切りは、流動化要素１２、１３が活性化したときに、分配室６からギャップ８を通って、底面１０と底面１１との間の境界（threshold）１９を越えて分離室１７へと静水圧駆動される材料流を生成するのに役立つ。 静水圧は、主として、分配室６の底面上の充填高さ（filling height）によって決まる。 材料流に関するパラメータは、分離室への安定した材料給送を維持する能力、したがって、分離室での最適な状態にとって重要である。 この態様は、特に、装置を介して搬送される材料の量の変化が大きい場合（たとえば、下は０トン／時間から上は数トン／時間まで）に特に重要である。 仕切り１６および境界１９を備えた分配室はまた、導管の端から端までの材料の分布、および一定に保持されながら分離室内を通って流れる材料の厚みのいずれに関しても、分離室１７への材料の均一な分布を確保するのに役立つ。 このことは、流動状態にある材料が実質的に液体（たとえば水）のように分布し、分離室を通して出た分布が、底面が概ね水平になるような位置に装置が取り付けられている場合に一定であることにより達成され得る。 導管は、底面が流れ方向に下方にわずかに傾斜するように取り付けられて、出口への搬送が確実に維持されるようにすることができる。
【０００９】
分離室では、粗粒子よりも遅い沈降速度（すなわち、より大きい抗力係数）を有する小粒子は、マスが過剰に流動化すると分離排出される。 個々の設計の仕様に応じて、たとえば、最大５０マイクロメートルのサイズの粒子が過剰に流動化し、その結果、流動化したマスフローにより浮き上がり、抽出装置９によって抽出されることができる。 適切な最小の粒子サイズを抽出する分離機の能力を調整するための決定的な因子には、分離室１７における流動化した材料の層の厚み、滞留時間、および抽出装置と結合した流動化要素１３によって開始される流動化速度が挙げられる。 抽出された微細画分は、ガス／粒子分離部（たとえばフィルタ）に搬送され、粒子は、さらに使用できるようにするために貯蔵部に運ばれ得る。 抽出されずに分離室を通過する材料の一部は、回収、およびさらなる搬送のための装置の幅の減少のために漏斗状出口またはタンク（図示せず）から構成され得る出口５に流れ込む。
【００１０】
上記例に記載された解決法による流動化ガスの一般的な値は、分配室６において約２ｃｍ／秒の流動化速度、および分離室１７において１０ｃｍ／秒以上の流動化速度である。 抽出装置は便宜上、かなり限界に近い負圧で動作される。
【００１１】
流動化材料を処理するように設計された装置は、アルミナ等の多量の材料を扱うことができる。 装置は、０トン／時間から数トン／時間まで処理するように容易に構成することができる。 このことは、装置を、完全に分離すべき微細画分の量の変動およびピークについての制御ユニットとして使用することができることを意味する。 たとえば、このような状況は、たとえばアルミニウム工場における工場機器および主貯蔵所への送出に関連して、あるいはアルミナ生産プラントから船積みする際に起り得る。
【００１２】
０．５ｍ ²の活性ゾーン（高い流動化速度のゾーン）を有する本発明による装置を用いて試験を行ったところ、最大６トン／時間まで機能することがわかった。 必要な場合、複数の装置を直列に接続して、微細画分の所望の分離／抽出を達成することができる。
【００１３】
代替的に、分離室の活性ゾーンは、その幅または長さを延ばすことによってサイズを増加させることができる。 装置の効果は、活性ゾーンの材料層の厚み、活性ゾーンにおける材料の滞留時間、流動化速度、および抽出率によって決まる。 種々の流動化速度で行われた試験は、微細画分が流動化速度にほぼ比例して放出されることを示している。 使用時に、本発明は、大量の処理が必要である流動化可能なマスから粉粒を連続して分離するのに特によく適すことが分かっている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による装置の概略図である。