2013 年 10 月 11 日 連続式乾式ビーズミルと分級機内蔵型乾式ビーズミルでの高効率微粉砕技術 アシザワ・ファインテック株式会社 微粒子技術研究所 技術コンサルタント 主任研究員 石井利博 粉砕は重要な工程であり、この良し悪しが製品の特性を決める。粉砕工程に用いる粉砕 機には様々な種類、特徴があるため、対象物や目標とする粒子径に合った装置を選定し、 最適な条件で処理することが重要となる。 乾式粉砕において、微粉砕が可能な粉砕機には、ジェットミル、ボールミルおよびビー ズミルなどがあるが、粉砕効率やエネルギーコストなどを考慮するとビーズミルにメリッ トがある。 この乾式ビーズミルの運転方法には、連続式粉砕とバッチ式粉砕とがある。これらの選 択には、対象物の粒子径のほかに処理量やコストなども考慮する必要があり、とくに、大 型化や大量処理の場合は連続式粉砕にメリットがあると考えられる。 連続式粉砕には、開回路粉砕と閉回路粉砕とがある。開回路粉砕は、乾式ビーズミルで 粉砕された砕製物のすべてを製品とする方法である。また、閉回路粉砕は、砕製物の粒度 分布の調整が可能で、開回路粉砕よりも粒度分布をシャープにすることができる。さらに は、過粉砕を防ぎ、粉砕能力やエネルギー効率を向上させる。 当社の乾式ビーズミルは、アジテータ形状などの工夫により、数百マイクロメートルの 砕料を数マイクロメートルに効率よく粉砕することができる連続式微粉砕機である。 本日は、数百ミクロンの原料を 1 パス処理でシングルミクロンに粉砕、解砕することが できるエネルギー効率のよい連続式乾式ビーズミル「ドライスター」と、粒子径調整の自 由度の向上と粉砕限界粒子径の最小化を実現し、さらには、粉砕エネルギー効率の大幅な 改善を達成した分級機内蔵型乾式ビーズミル「シグマドライ」の特長や処理例を紹介する。 ■問い合わせ先 アシザワ・ファインテック株式会社 企画室 佐野 恵 〒275-8572 千葉県習志野市茜浜（あかねはま）1-4-2 TEL 047-753-8111 FAX 047-853-8378 会社サイト http://www.ashizawa.com 粉体工業展 大阪 2013 微粉砕・分散機の総合メーカー アシザワ・ファインテック株式会社 製品技術説明会 展示会場1号館 Aルーム 2013年10月11日 14：15～14：50 ■事業内容 連続式 乾式ビーズミルと 分級機内蔵型 乾式ビーズミルでの 高効率微粉砕技術 ビーズミルをはじめとする産業用粉体機器の開発・製作・メンテナンス ビーズミルなどを使用する受託加工 微粒子の開発、生産または利用されるお客様に対する技術コンサルティング ■取扱品目 湿式および乾式ビーズミル(微粉砕・分散機) 脱泡機、攪拌・混合機、混練機 ■所在地 アシザワ・ファインテック株式会社 微粒子技術研究所 主任研究員 技術コンサルタント 石井利博 本社、工場 千葉県習志野市茜浜 試作テスト施設、受託加工施設 大阪支店 大阪府豊中市曽根東町 微粒子技術研究所 栃木県小山市 1 2 微粉砕・分散機の総合メーカー 機種選定目安表 アシザワ・ファインテック株式会社 明治36年創業、110周年を迎えます。 より細かく、より効率よく、より地球にやさしくを使命に、 微粒子技術でお客様との新しい可能性の共創をめざして 次の100年へのチャレンジを始めています。 3 4 微粒子の生成方法 本日の内容 nm 0.1 1．ビーズミルについて 2．乾式ビーズミルについて 3．連続式乾式ビーズミル ドライスター 4．分級機内蔵型 乾式ビーズミル シグマドライ 1 10 μm 100 1 凝集 ビルドアップ 気相法 液相法 （型式：SDA) 10 mm 100 1 10 100 1000 凝集の形態 ・硬い凝集体の凝結粒子(aggregate) ・軟らかい集合粒子(agglomerate) ・ゆるい結合の軟集合粒子(flocculate) 分散 機械的エネルギー 化学的エネルギー ・表面活性剤 （型式：SGD) ビーズミル 機械的エネルギー 超微粉砕 微粉砕 中砕 粗砕 ブレークダウン 5 粉砕法 6 1 微粉砕機 粉砕機の分類 • 粗砕機 • • • • • • – mオーダーから数cmオーダーへ • 中砕機 – 数cmオーダーから数mm～数百μmオーダーへ • 粉砕機 – 数mmオーダーから数百μmオーダーへ • 微粉砕機（乾式ビーズミル） – 数百μmオーダーから数μm～サブミクロンオーダーへ ローラーミル（ローラー転動ミル） 高速回転ミル（衝突せん断ミル） 容器駆動媒体ミル（ボールミル） 媒体攪拌ミル ジェットミル その他（乳鉢、石臼） • 超微粉砕機（湿式ビーズミル） – 数μm～サブミクロンオーダーから数nmオーダーへ 7 乾式ビーズミルとジェットミルとの比較 8 ビーズミルの原理（イメージ図） （粉砕媒体） 乾式 ビーズミル 入口 砕料 砕料 出口 砕製物 アジテータ 9 10 乾式と湿式ビーズミルの比較 乾式と湿式ビーズミルのフロー図 乾式ビーズミル ○ 粒度分布がシャープ（分級機能） △ 集塵装置などの周辺機器が必要 △ナノ領域は困難（マイクロメートルオーダーが限度） 湿式ビーズミル △ 脱水・乾燥工程が必要 ○ ナノ領域が可能 11 12 2 乾式と湿式ビーズミルの特徴 乾式と湿式ビーズミルの粒度比較 13 機種選定目安表 14 乾式媒体ミルの歴史 ボールミル 振動ボールミル アトライター ビーズミル 粉は魔物 凝集性・流動性・付着性・嵩密度などが粒 度によって大きく変化 特性のコントロールが困難 ビーズミルへの展開ができていなかった ビーズミルにより粉砕効率向上 到達粒子径は湿式には及ばない 15 16 乾式ビーズミルの運転方法の選択 乾式ビーズミルの運転方法 ・連続式 砕製物粒子径のほかに処理量やコストを考慮 砕料を連続かつ大量に粉砕 連続式のメリット 閉回路粉砕 分級機を組込み、分級された微粉のみを製品にする 粗粒子は粉砕機に戻して、砕料といっしょに粉砕 大型化、大量処理 閉回路粉砕のメリット 開回路粉砕 粒度分布の調整 粒度分布幅が狭い 過粉砕を防ぎ、粉砕能力、エネルギー効率の向上 粉砕機を出た砕製物をすべて製品にする ・バッチ式 連続式では不可能な粒子径まで粉砕 17 18 3 本日の内容 乾式ビーズミルの摩耗 摩耗率： 乾式の摩耗は湿式の約1/10 1．ビーズミルについて 2．乾式ビーズミルについて 3．連続式乾式ビーズミル ドライスター 4．分級機内蔵型 乾式ビーズミル シグマドライ （型式：SDA) 理由： 微粉がビーズ、アジテータ、 ベッセルなどの表面に付着し、 部品どうしが直接に衝突しな いため （型式：SGD) 運転後のベッセル内部 19 連続式乾式ビーズミル 20 ケイ砂 ＜特長＞ ＊連続式の乾式ビーズミル ＊１パスでシングルミクロン ＊エネルギーコスト極小 （対ジェットミル１/１０） ＊大量処理可能 （対ボールミル８０倍の効率） ＊耐摩耗性抜群 （対湿式1/10の摩耗率） ＊サイクロン、バグフィルター不要 （エアー消費は軸シールのみ） 21 アルミナ 22 閉回路粉砕（SDA-Lシステム） 開回路粉砕（ドライスター)・・・・ 粉砕機単体で粉砕したものを全て製品にする。 閉回路粉砕（SDA-Lシステム）・・・・ 連続式の粉砕機において、粉砕機で粉砕された粉を分級機 で分級し、分級された微粉を製品とし、粗粉は粉砕機に戻し 再粉砕する。 23 24 4 SDA-Lシステムのフロー図 乾式ビーズミルの現状 • ドライスター（開回路粉砕） – 粉砕機単体で粉砕したものを全て製品にする。 ○単体で目標粒子径へ到達可能な処理 △粒子径分布がブロード △対象物によってはできない • SDA-Lシステム（閉回路粉砕） – 連続式の粉砕機において、粉砕機で粉砕された粉を分級機で分級し、 分級された微粉を製品とし、粗粉は粉砕機に戻し再粉砕する。 ○単体では到達困難な粒子径 ○最大粒子径をコントロール ○エネルギー効率の向上 △設備の大型化（循環用砕料の輸送費、配管） △運転制御が難しい 25 26 本日の内容 シグマドライの開発コンセプト 1．ビーズミルについて 2．乾式ビーズミルについて 3．連続式乾式ビーズミル ドライスター 4．分級機内蔵型 乾式ビーズミル シグマドライ （型式：SDA) （型式：SGD) • • • • 粉砕能力の増加 循環用砕料輸送費の削減、配管の削減 運転制御の簡略化 装置の最小化 27 28 分級機内蔵型 乾式ビーズミル シグマドライのフロー図 シグマドライ • 特徴（メリット） – 粉砕限界粒子径の最小化 – 粗粒カット（7～10ミクロン） – シャープな粒度分布 – 容易な粒度分布コントロール – 粉砕エネルギー効率の大幅な改善 – 粉砕助剤量の低減 – 設置スペースの極小化 29 30 5 セメント セメント 10 12 原料 SGD SDA d0.5＝2.50μm dmax＝6.54μm 10 6 d0.5＝1.79μm dmax＝5.50μm 8 頻度 (% ) 頻度 (% ) 8 4 d0.5＝62.7μm 2 d0.5＝3.21μm dmax＝9.25μm 原料 7 0 0 0 r pm , 5 0 0 0 r pm , 3 0 0 0 r pm , 7 0 0 0 r pm , d0.5＝5.97μm dmax＝26.16μm 6 4 dmax＝497.8μm d0.5＝62.7μm 2 0 0 .1 1 10 100 1000 10000 dmax＝497.8μm 0 粒子径 (μm ) 0.1 SGD 12.5 SDA 12.5 HD 3mm, 6m/s, 5000rpm, 40Hz HD 3mm, 4m/s, 70% d0.5=6.0μm, dmax=26.2m d0.5=6.3μm, dmax＝37.0μm 4 0 Hz 4 0 Hz 4 0 Hz 3 0 Hz 1 10 100 1000 10000 粒子径 (μm ) HD, 3mm, 6m/s 31 32 ケイ素（シリコン） ケイ砂 12 10 6 d0.5 ＝6.07μm dmax＝37.0μm d0.5 ＝1.48μm dmax＝10.1μm d0.5＝2.55μm dmax＝13.1μm 8 頻度（ % ） 頻度 (% ) 8 4 6 d0.5 ＝130.1μm dmax＝352.0μm d0.5＝3.65μm dmax＝18.5μm d0.5＝6.10μm dmax＝37.0μm d0.5＝1.48μm dmax＝7.78μm 4 2 原料 7000rpm, 7000rpm, 5000rpm, 3000rpm, 10 原料 7000rpm, 40Hz 7000rpm, 30Hz 5000rpm, 40Hz 3000rpm, 40Hz d0.5 ＝3.34μm dmax＝18.5μm d0.5 ＝2.28μm dmax＝11.0μm 40Hz 20Hz 40Hz 40Hz d0.5＝515.7μm dmax＝1408μm 2 0 0.1 1 10 100 1000 10000 0 0 .1 粒子径 (μm ) 1 1000 10000 PSZ, 5mm, 6m/s 33 34 シグマドライ ラインナップ SGD12.5 SGD25 SGD50 用途 • 電池材料 SGD125 （正極材、負極材） 粉砕用電動機 (kW) 11 22 45 90 分級用電動機 (kW) 3.7 3.7 5.5 7.5 使用風量 (m3/min) 2～4 4～8 8 ～ 20 20 ～ 50 寸法W×D×H (mm) 800×1300×1900 1000×1600×2400 1300×2000×3000 1400×2300×3500 能力比 1 2 4 10 接液部材質 100 粒子径（ μm ） HD, 3mm, 6m/s 型式 10 • • • • 電子部品材料 フェライト 各種ガラス 各種セラミックス （アルミナ、窒化ケイ素など） • カーボン • • • • • • • セメント 鉄鋼スラグ フライアッシュ 研磨剤 シリカ 無機物全般 食品 など セラミックス、金属 (SGD125は金属のみ) 35 36 6 まとめ ご来場のお礼 ご清聴ありがとうございます • 乾式ビーズミル“ドライスター” – 数百ミクロンの原料を1パス処理でシングルミクロンにできるエネル ギー効率のよい乾式粉砕機 ご質問は弊社ブースにて個別に対応します • 閉回路粉砕システム“SDA-Lシステム” アシザワ・ファインテック株式会社 – ドライスターと分級機を組み合せたシステム • 最大粒子径を10μm以下にすることが可能 – 大型化 当社ブース：1-12 • 分級機内蔵型乾式ビーズミル“シグマドライ” – SDA-Lシステムの特性を活かし、小規模生産に対応するコンパクトな 装置 – 粉砕エネルギー効率が向上 – 砕製物の粒度分布の調整が可能 – 粉砕助剤量の低減や使用しなくても安定運転可能 1号館 37 現在地 出入口 38 7
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