技術 発塵性粉体の防塵処理方法

0001

本発明は、取り扱い時又は輸送中や保管中などに飛散しやすいセメントなどの粉体の発塵を防止する方法に関する。

0002

取り扱い時又は輸送中や保管中などに発塵しやすいセメントなどの粉体の発塵を防止する技術として、発塵性粉体にフィブリル化性ポリテトラフルオロエチレン（以下ポリテトラフルオロエチレンをＰＴＦＥという）を添加し、圧縮・剪断力を加えるように撹拌してフィブリル化性ＰＴＦＥをフィブリル化することにより発塵を抑制する技術が開発されている。

0003

このような防塵処理技術として、例えば、特公平５−２４８７２号公報に開示されているものがある。この公報に開示されている技術を用いて、セメント粉にフィブリル化性ＰＴＦＥを添加し、圧縮・剪断力を加えるフィブリル化処理を施すと、セメント粉はＰＴＦＥフィブリルのクモの巣状のネットで被覆凝集された状態となるため、セメント粉が空気中へ飛散することの無い防塵セメントを得ることができる。

0004

また、フィブリル化性ＰＴＦＥを粉末物質に混合し、この混合物に対して２０〜２００℃の温度で圧縮・剪断作用を施すことにより、ＰＴＦＥをフィブリル化して、粉末状物質の塵埃発生を抑制する技術が特公昭５２−３２８７７号公報に開示されている。

0005

このように、特公平５−２４８７２号公報や特公昭５２−３２８７７号公報に開示されている技術に基づいてセメント粉などに防塵処理を施すことによって、塵埃の発生を防止することが可能である。

0006

上記ＰＴＦＥフィブリルのネットにより防塵する方法の欠点は、防塵粉体製品を、たとえば、粉体輸送方法として一般的に使用される空気輸送装置で圧送又は吸引輸送する時や、高速回転のスクリューコンベアやロータリーフィーダーなどにより高速度で移送する時に、該製品に強い空気圧、吸引力又は剪断力などが作用し、ＰＴＦＥフィブリルの一部が断裂したり、粉体粒子の一部がＰＴＦＥフィブリルのネットより離脱したりして、防塵性能が著しく低下することである。従って、防塵粉体製品の場内移送工程においてはベルトコンベアのような該製品に強い外力のかからない輸送機を使用せざるを得ず、該製品の移送にはある程度の装置的及び量的な制約を受けると言う問題があった。しかも、防塵性能が低下した発塵性粉体を再度２０〜２００℃の温度で撹拌し圧縮・剪断作用を与えても防塵性能を回復させることはできなかった。従って、防塵性能を回復させるには、再度適量のフィブリル化性ＰＴＦＥを添加し、２０〜２００℃の温度で撹拌し圧縮・剪断作用を与える必要があった。

0007

本発明が解決しようとする課題は、移送時に防塵性能が低下した発塵性粉体の防塵性能を、比較的簡単な工程で、且つ経済的に有利に回復又は向上させる防塵処理方法を提供することにある。

0008

本発明に係る発塵性粉体の防塵処理方法は、発塵性粉体にフィブリル化性ポリテトラフルオロエチレンを添加し２０〜２００℃の範囲の温度条件下で圧縮・剪断作用を与え該発塵性粉体のフロー値が１５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲となるように制御する第一次防塵処理工程及び第一次防塵処理工程で得られた防塵処理粉体が運搬手段により運搬される際にポリテトラフルオロエチレンフィブリルの一部が断裂したり粉体粒子の一部がポリテトラフルオロエチレンフィブリルのネットより離脱したりするような外力を受け防塵性能が劣化した該防塵処理済み粉体に新たにフィブリル化性ポリテトラフルオロエチレンを添加することなく５０〜１５０℃の範囲の温度条件下で再度圧縮・剪断作用を与える第二次防塵処理工程とよりなることを特徴とする。

0009

フロー値とは本来モルタルの軟度を示す指数で、その測定方法はＪＩＳ Ｒ５２０１に規定されている。本発明では、防塵処理したセメントについて同様な方法で測定したフロー値をＰＴＦＥのフィブリル化度を示す指数として用いる。その測定方法は、直径３００ｍｍのフローテーブルの中央に下部内径１００ｍｍ、上部内径７０ｍｍ、高さ６０ｍｍのフローコーンをセットし、その中央に試料を充填し、フローコーンを取り除いた後、フローテーブルごと１００ｍｍの高さから落下させることを１０回（１秒に１回の割合）繰り返し、試料が広がったのちの直径を測定してフロー値とする。図２に示すように、粉体の発塵量が少なく防塵性能が高い場合は粉体の流動性が低く、フロー値は小さくなる。

0010

フィブリル化性ＰＴＦＥによる発塵性粉体の防塵処理は、発塵性粉体にフィブリル化性ＰＴＦＥを添加し、２０〜２００℃の温度で圧縮・剪断作用を施すと、当初はフィブリル化性ＰＴＦＥの発塵性粉体への分散およびフィブリル化性ＰＴＦＥ粒子からのフィブリルの初期生成が起こり、次いでフィブリルが急速に発達し、粉体の発塵現象は急激に治まり、プラトー状態になり、さらに圧縮・剪断作用を加えると最終的には防塵性が低下し再発塵化現象が見られる段階に達する。これを模式的に示すと図１のようになる。

0011

フィブリル化性ＰＴＦＥの粒子は、上述のごとく適当な温度下で発塵性粉体中に分散され圧縮・剪断力により繊維化されフィブリルになる（図１のＡ領域）。さらに圧縮・剪断力を与えるとフィブリルが成長し発塵性粉体粒子を捕捉して防塵性能が向上する（図１のＢ領域）。フィブリルの成長は、圧縮・剪断作用によりフィブリルが引き延ばされて、フィブリルのアスペクト比（フィブリル長／断面積）が大きくなることであり、そのまま引き延ばし続けるとついにはフィブリル径が細くなりすぎて断裂し、該フィブリルは発塵性粉体を捕捉する能力を失うことになる。ミクロ的に言えば、すべてのフィブリル化性ＰＴＦＥ粒子のフィブリル化が同時進行的に起こるものではなく、ある粒子は圧縮・剪断作用開始後直ちにフィブリル化を開始し、ある粒子は遅れてフィブリル化する。さらに圧縮・剪断作用を続けると、先に生成したフィブリルの断裂とフィブリルの成長とが共存する状態になる。これらが平衡状態にあるのがプラトー状態である（図１のＣ領域）。その後も圧縮・剪断作用を続けるとフィブリルの断裂が支配的になり、最終的には再発塵化現象が見られる段階に達する（図１のＤ領域）。

0012

発塵性粉体のフィブリル化性ＰＴＦＥによる防塵処理においては、図１に示すＣ領域の状態が防塵効果が高く経済的であるとされている。しかし、移送時などに外力を受け防塵性能が低下した場合、再度２０〜２００℃の温度で撹拌し圧縮・剪断作用を与えても防塵性能を回復させることはできない。

0013

本発明によれば、防塵粉体製品の移送中などにＰＴＦＥフィブリルの一部が断裂したり、粉体粒子の一部がＰＴＦＥフィブリルのネットより離脱したりするような外力が加わったとしても、新たにＰＴＦＥを追加投入することなく、発塵性粉体に混合・分散している未フィブリル化ＰＴＦＥ又は部分フィブリル化ＰＴＦＥをフィブリル化又は再フィブリル化する第二次防塵処理工程を経ることより発塵性粉体を防塵化することが可能である。さらに、粉体を船積みやトラックにバラ積みする時などの場内移送に際して、例えば加熱スクリューコンベアを使用することにより移送と圧縮・剪断作用を施す防塵処理とを同時に行うことができ、防塵処理のために新たに一工程を加える必要がないと言う利点もある。

0014

ここで使用されるＰＴＦＥは米国特許２５５９７５２号に記載されるような乳化重合法で製造されるフィブリル化可能なものであって、エマルジョン型又はパウダー型のいずれをも使用することができる。

0015

第一次防塵処理工程で、フロー値の制御とは、ＰＴＦＥのフィブリル化の程度を制御するもので、ＰＴＦＥの添加量、発塵性粉体の種類及び処理温度により異なるが、一般的には、ＰＴＦＥの圧縮・剪断作用を調整することにより行う。具体的には,ミキサーなどの撹拌羽根のスピードと撹拌時間をコントロールすることで達成される。

0016

ＰＴＦＥのフィブリル化による発塵性粉体の防塵処理を１回だけ行う場合はプラトー状態の近辺（図１のＣ領域）にすることが防塵効果及びフィブリル化性ＰＴＦＥの利用効率の点で最適とされており、この時のフロー値は、粉体の種類により多少の差はあるが、１５０ｍｍ未満である。

0017

輸送機などの運搬装置を経た後第二次防塵処理工程において防塵性能を回復することが可能なＰＴＦＥフィブリルは、比較的小さいアスペクト比にとどめておく必要があり、これは図１のＢ領域に当たる。この時のフロー値は１５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲である。一方、第一次防塵処理工程が図１のＡ領域の処理物、すなわち短い撹拌時間で処理されたＰＴＦＥフィブリルが未成長の処理物は、第二次防塵処理工程において防塵性能を回復することはできない。さらに、図１のＣ領域の処理物、すなわちＰＴＦＥのフィブリル化による防塵効果がプラトー状態にある処理物や、図１のＤ領域の処理物、すなわち長い撹拌時間で処理されたＰＴＦＥフィブリルが断裂した処理物も、第二次防塵処理工程において防塵性能を回復することはできない。

0018

第二次防塵処理工程において圧縮・剪断作用を施す温度条件は５０〜１５０℃である。後述の試験結果によれば、５０℃より低い温度では防塵性能の回復又は向上が見られず、一方１５０℃より高い温度ではセメントの偽凝結など発塵性粉体の品質低下が見られる。

0019

第一次防塵処理工程におけるＰＴＦＥの添加量は、発塵性粉体１００重量部当たり０．０１〜０．５重量部とすることが望ましい。ＰＴＦＥの含有量が０．０１重量部より少ない場合は十分な防塵性能が得られず、０．５重量部より多い場合には第一次防塵処理工程で発塵性粉体がマシュマロ状に固まってしまう現象が見られる。なお、第二次防塵処理工程において、新たに同種又は異種の発塵性粉体を追加することも可能である。この時は第一次防塵処理工程におけるＰＴＦＥをやや多めに添加しておくと良い。

0020

本発明の方法はいかなる発塵性粉体にも適用可能であるが、特に好適な粉体は生産量が多く、船舶、貨車又は自動車などにより大量輸送が行われるような粉体であって、例えば、セメント粉、消石灰粉、生石灰粉、炭酸カルシウム粉、スラグ粉、フライアッシュ、タルク、石膏などがある。

0021

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図３はセメント工場で製造されたポルトランドセメントに本発明の防塵処理方法を適用した工程説明図である。

0022

ポルトランドセメントの製造工程において、焼成を終えたクリンカーは空気で急冷され、石膏などの添加物が加えられた後、仕上げミルで粉砕され、粒度調整されるが、その直後のホッパー１０内のセメントは１００℃程度の残熱を有している。この高温のセメント１０にＰＴＦＥホッパー１１からフィブリル化性ＰＴＦＥを添加し、ミキサ１３を用いて混合、撹拌することによって圧縮・剪断作用を与えると、ＰＴＦＥのフィブリル化が進み、該セメント粒子の大多数が部分フィブリル化ＰＴＦＥのフィブリルのネットにより捕捉された防塵セメントが得られる。

0023

ここで添加されるフィブリル化性ＰＴＦＥの最適量は、防塵処理温度、圧縮・剪断を与えるミキサの構造、添加方法などの諸条件によって左右されるが、本実施形態の場合、セメント１００重量部当たり０．０３重量部のフィブリル化性ＰＴＦＥを添加した。

0024

なお、本実施形態においては、フィブリル化性ＰＴＦＥとしてエマルジョンタイプの商品名「テフロン（登録商標）Ｋ−２０」を使用したが、パウダータイプの商品名「テフロン（登録商標）Ｋ−１０」を使用することもできる。

0025

また、本実施形態においては１００℃の残熱を有するセメントを使用しているが、温度が低下したセメント製品には、ホッパー１４内の生石灰とホッパー１２内の水とをミキサ１３に添加し、その水和反応熱により昇温させる方法、又は加熱装置により昇温する方法などを採用することもできる。

0026

本実施形態においては第一次防塵処理工程にミキサ１３を用いて圧縮・剪断作用を与えているが、セメント粉体の種類、ＰＴＦＥの形態、昇温方法、添加水量などによってミキサの適性が異なるので、予備試験結果などに基づいて、パン型ミキサ、二軸バグミル型ミキサ、ローラ型ミキサなどの中からフィブリル化効率の良いものを選定することが望ましい。なお、ローラ型ミキサを使用した場合、セメント粉はローラとミキサ底面との間で圧縮作用、剪断作用及び圧延作用などの複合作用を効率よく受けることができるため、添加水量を極力少なくしたいセメントの防塵処理に好適である。

0027

前述の工程によりミキサ１３において製造された防塵セメントは、チェーンコンベア及びバケットエレベーター１５を経由して製品サイロ１６に収納されたのち、空気圧送により圧送管１７を経由してセメントタンカー１８又はセメント輸送車１９に移送、積載されて、これらの船舶又は車により目的地までバラ積み輸送され、再び空気圧送により圧送管２０を経由して中継基地の製品サイロ２１に移送される。

0028

このあと、防塵セメントは製品サイロ２１からチェーンコンベア及びベルトコンベア２２を経由し、第二次防塵処理工程として加熱スクリューコンベア２３により加熱下の圧縮・剪断作用を施し防塵性能を回復させて、未包装のまま、又は一定量づつ袋詰めされた後、セメント輸送車２４によって目的地へ輸送される。この防塵セメントの製造から製品出荷までの間の、数度に亘る空気圧送及び高速移送により、ＰＴＦＥフィブリルの一部が断裂したり、粉体粒子の一部がＰＴＦＥフィブリルのネットより離脱したりして、防塵性能が著しく低下する現象が起こるが、出荷前の加熱スクリューコンベア２３による第二次防塵処理工程で加熱と圧縮・剪断作用により、防塵セメント中に含まれるＰＴＦＥが再フィブリル化して、離脱したセメント粒子をフィブリルのネットにより再捕捉するため、該防塵セメントの防塵性能は回復、又は向上することになる。

0029

なお上記の実施態様においては、発塵性粉体の発生場所であるセメント工場における第一次防塵処理工程で処理された防塵セメントが中継基地を経由する場合について述べたが、製造場所から大口消費場所、例えばダム建設サイトに直接バラ輸送する場合もあり、その場合は使用場所であるダム建設サイトで第二次防塵処理を行っても良い。

0030

このように本実施形態においては、１００℃程度の残熱を有するセメントにフィブリル化性ＰＴＦＥを添加してミキサ１３における第一次防塵処理工程で圧縮・剪断作用を施し、フィブリル化ＰＴＦＥのフィブリルのネットによりセメント粒子を捕捉している防塵セメントをフロー値が１５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲になるように処理した後、処理品の短距離移送時に与えられる外力による移送中の防塵性能低下を加熱スクリューコンベア２３における第二次防塵処理工程での加熱及び圧縮・剪断作用により、ＰＴＦＥが再フィブリル化し、セメントの防塵性能が回復又は向上するという効果が生じる。

0031

更に、本発明の他の効果は、新たにＰＴＦＥを追加投入することなく、また、新たな防塵処理施設を追加することなく、防塵セメントを移送する工程においてその防塵性能を回復及び向上させることができることである。このことはスクリューコンベアに加熱装置を付設さえすれば、例えば、工事現場においてさえ、簡単に防塵セメントの性能回復を行うことができることを意味している。

0032

以上の実施形態では、発塵性を有するセメントに対して本発明の防塵処理方法を適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の発塵性粉体に対しても広く適用することができる。

0033

約１００℃の残熱を持つセメントの防塵処理を行うためミキサー１３で撹拌しつつ、セメント１００重量部に対しＰＴＦＥ固形分０．０３重量部の割合でフィブリル化性ＰＴＦＥエマルジョンを添加して処理しフロー値１５０ｍｍにした防塵セメントは、チェーンコンベア及びバケットエレベータ１５を経由して製品サイロ１６に収容された後、空気圧送により圧送管１７を経由してセメント輸送車１９に移送された。ついでセメント輸送車１９から再び空気圧送により圧送管２０を経由して、別の製品サイロ２１に移し替えられた。この工程内の５カ所において粉体を採取し、それぞれの発塵量をデジタル粉塵計で測定した。その測定結果を表１に示す。

0034

0035

表１からわかるように、発塵性粉体であるセメントに防塵処理を施し、発塵量が少なくなっていたものが、チェーンコンベアや空気圧送などの移送工程をとることにより発塵量が多くなり防塵セメントの防塵性能が著しく低下している。これはフィブリルの一部が断裂したり、セメント粒子の一部がＰＴＦＥフィブリルのネットから離脱したりしてしまったことを示す。

0036

加熱保温装置を備えたローラー型ミキサでセメント温度を８０℃に保ちながら撹拌しつつ、セメント１００重量部に対しＰＴＦＥ固形分０．０３重量部の割合でフィブリル化性ＰＴＦＥエマルジョンを添加して処理し、処理時間を変えて防塵性能を比較した。その結果を表２に示す。防塵性能の評価は発塵量５０ｃｐｍ未満を◎、５０〜１５０ｃｐｍを○、１５０ｃｐｍ超をＸで表した。

0037

0038

表２によると、処理時間０〜２分程度は図１のＡ領域に当たり、３〜５分程度はＢ領域、７〜１３分程度はＣ領域、それ以上はＤ領域に当たる。

0039

各処理時間の試料を室温まで下げパン型強制練りミキサで１０分間撹拌しＰＴＦＥフィブリルに外力を与えたところ、フィブリルの断裂をおこして発塵性粉体になった。その後、第二次防塵処理工程として加熱保温装置を備えたローラー型ミキサで発塵性粉体に戻った試料の温度を８０℃に保ちながら１０分間撹拌し再度圧縮・剪断作用を与え、各試料の発塵量を測定した。その結果を表３に示す。

0040

0041

表３からわかるように、第一次防塵処理工程においてフロー値が１５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲になるように処理した試料、すなわち図１に示すＢ領域相当の処理時間３分及び５分の試料のみ第二次防塵処理工程において防塵性能を回復させることが可能であった。

0042

実施例１の第一次防塵処理工程において処理時間を５分間として作製したフロー値１６０ｍｍの防塵セメントを、室温まで下げて、パン型強制練りミキサで１０分間撹拌しＰＴＦＥフィブリルに外力を与えたところ、フィブリルの断裂をおこして発塵性粉体になった。その後、第二次防塵処理工程として加熱保温装置を備えたローラー型ミキサで発塵性粉体に戻った試料を１０分間撹拌し、再度圧縮・剪断作用を与え、各試料の発塵量を測定した。このときの加熱温度を１０℃、２０℃、５０℃、７５℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃に設定し、各温度で処理された８種類の防塵セメントの防塵性能、偽凝結を調査し、総合評価を行った結果を表４に示す。偽凝結はビガー針の貫入度が６〜１０ｍｍ未満を◎、１０〜１５ｍｍを○、１５ｍｍ超をＸで表し、総合評価は非常に優れているを◎、優れているを○、従来レベルを△で表した。

0043

0044

表４からわかるように、加熱温度が５０℃より低い場合は防塵処理後に低下した防塵性能の回復が見られず、１５０℃より高い場合はセメントの偽凝結が発生する。これによって、第一次防塵処理を施したセメントに対する第二次防塵処理工程での処理温度は５０〜１５０℃が最適範囲であることが確認された。

0045

フィブリル化性ＰＴＦＥによる防塵処理後、移送時に防塵性能が低下した発塵性粉体の防塵性能を、比較的簡単な工程で、且つ経済的に有利に回復又は向上させることができる。

0046

図１防塵処理における圧縮・剪断力（仕事量）と防塵性能の関係を示す図である。
図２粉体のフロー値と防塵性能の関係を示した図である。
図３実施形態の防塵処理方法を示す工程説明図である。

0047

１０セメントホッパー
１１ＰＴＦＥホッパー
１２ 水ホッパー
１３ミキサ
１４生石灰ホッパー
１５チェーンコンベア及びバケットエレベータ
１６製品サイロ
１７圧送管
１８セメントタンカー
１９セメント輸送車
２０ 圧送管
２１ 製品サイロ
２２ チェーンコンベア及びベルトコンベア
２３ 加熱スクリューコンベア
２４ セメント輸送車