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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-10
(54)【発明の名称】廃砂の再生
(51)【国際特許分類】
B22C 5/00 20060101AFI20240903BHJP
B22C 1/00 20060101ALI20240903BHJP
F27B 7/16 20060101ALI20240903BHJP
F27B 7/02 20060101ALI20240903BHJP
F27B 7/08 20060101ALI20240903BHJP
B22C 1/10 20060101ALI20240903BHJP
【ＦＩ】
B22C5/00 C
B22C1/00 B
F27B7/16
F27B7/02
F27B7/08
B22C1/10 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024514512
(86)(22)【出願日】2022-09-05
(85)【翻訳文提出日】2024-05-01
(86)【国際出願番号】 EP2022074583
(87)【国際公開番号】W WO2023031452
(87)【国際公開日】2023-03-09
(31)【優先権主張番号】21195006.8
(32)【優先日】2021-09-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524082742
【氏名又は名称】リサンド・オサケユフティオ
【氏名又は名称原語表記】Ｒｅｓａｎｄ Ｏｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100189555
【弁理士】
【氏名又は名称】徳山 英浩
(72)【発明者】
【氏名】ニエミネン，ユッカ
(72)【発明者】
【氏名】ウェシン，トニー
【テーマコード（参考）】
4E092
4K061
【Ｆターム（参考）】
4E092AA05
4E092AA06
4E092BA10
4K061AA08
4K061BA12
4K061DA01
4K061EA07
4K061FA02
(57)【要約】
ベントナイト粘結剤を含む廃砂の再生方法では、廃砂中のベントナイト粘結剤から炭素と吸収された水分とを除去するように廃砂に熱処理が施され、ベントナイト粘結剤から砂を機械的に分離するように、熱処理された廃砂に機械的処理が施され、ベントナイト粘結剤から分離された砂に冷却効果が付与される。さらに、ベントナイト粘結剤を含む廃砂の再生装置と、建築工業製品、鋳物砂、若しくは発電所ボイラー用砂のための砂と、建築工業製品、鋳物砂、若しくは発電所ボイラー用砂における再生砂の使用とが導入される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベントナイト粘結剤を含む廃砂を再生するための方法であって、前記廃砂における前記ベントナイト粘結剤から炭素と吸収された水分とを除去するように、前記廃砂に熱処理を施すステップと、
前記ベントナイト粘結剤から砂を機械的に分離するように、前記熱処理が施された廃砂に機械的処理を施すステップと、
前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂に冷却効果を付与するステップと、を備え、
前記方法は、請求項５から請求項１１のいずれか１項に記載の装置によって実行される、方法。
【請求項2】
前記廃砂に前記熱処理を施すステップでは、炭素を燃焼させるように且つ吸収された水分を前記ベントナイト粘結剤から蒸発させるように前記廃砂を加熱する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記熱処理が施された廃砂に前記機械的処理を施すステップは、少なくとも、前記廃砂を粉砕することを含む、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂に前記冷却効果を付与するステップでは、非加熱の空気流を前記砂に向ける、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
ベントナイト粘結剤を含む廃砂を再生するための装置であって、第１の端部と第２の端部とを有する回転可能な炉であって、前記炉の中に前記廃砂を供給するための少なくとも１つの入口を、前記第１の端部において有し、熱処理された前記廃砂を前記炉から排出するための少なくとも１つの出口を、前記第２の端部において有する炉と、
前記ベントナイト粘結剤から炭素を燃焼させるとともに吸収された水分を蒸発させるように前記廃砂に熱処理を施すために、前記炉の中に供給された前記廃砂を加熱可能なように前記炉の前記第１の端部に設けられたバーナーと、
前記炉の中に供給された前記廃砂の少なくとも一部を、前記炉の底部に向かって落下するまで前記炉の内周上で前記炉と共に移動させるように捕捉するように設けられた少なくとも１つのリフターであって、前記炉内における前記廃砂の移動を、前記炉の前記第２の端部と、前記炉の前記第２の端部における前記少なくとも１つの出口とに向けて案内するように設けられた少なくとも１つのリフターと、
第１の端部と第２の端部とを有する回転可能なドラムであって、前記熱処理された前記廃砂を前記ドラム内に受け入れるための少なくとも１つの入口を、前記第１の端部において有し、前記ベントナイト粘結剤から分離された砂を前記ドラムから排出するための少なくとも１つの出口を、前記第２の端部において有するドラムと、
前記ドラムの前記第１の端部において、前記ベントナイト粘結剤から砂を分離するように、前記熱処理された前記廃砂に機械的処理を施すための少なくとも１つのセクションと、
前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂を冷却するように、前記ドラムの前記第２の端部から前記ドラムの前記第１の端部に向かう方向に非加熱の空気流を生じさせるために、前記ドラムの前記第１の端部に設けられた少なくとも１つの排気装置と、
を備える装置。
【請求項6】
前記炉は、前記第２の端部において、前記ベントナイト粘結剤から前記砂を機械的に分離するように、前記熱処理された前記廃砂に前記機械的処理を施すための少なくとも１つのセクションを備える、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記少なくとも１つの排気装置は、前記非加熱の空気流において、前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂から微粉を除去するように設けられている、ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の装置。
【請求項8】
前記熱処理された前記廃砂に機械的処理を施すための前記少なくとも１つのセクションは、前記ベントナイト粘結剤から前記砂を分離するように前記廃砂に衝撃を与える粉砕ボールを有する粉砕セクションである、ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項9】
前記ドラムの前記第２の端部は、前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂を、少なくとも１つの合格画分と少なくとも１つの不合格画分とに分類するための少なくとも１つの分類装置を備え、前記少なくとも１つの合格画分は、前記ドラムの前記少なくとも１つの出口を通って前記ドラムから排出される、
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項10】
前記ドラムは、前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂から、磁性粒子を分離するための少なくとも１つの磁気分離器を備える、ことを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項11】
前記ドラムは、前記炉の下に配置され、水平方向において前記炉と実質的に平行に配置されている、ことを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項12】
建築工業製品、鋳物砂、又は発電所ボイラー用砂のための砂であって、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法によって再生された砂を備える、
砂。
【請求項13】
建築工業製品、鋳物砂、又は発電所ボイラー用砂における、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法によって再生された砂の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ベントナイト粘結剤を含む廃砂を再生するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来技術の方法において、鋳物工場で使用される砂など、ベントナイト粘結剤（ベントナイトバインダー）を含む廃砂は、いわゆる流動床ボイラーを使用することによって熱的に再生されている。流動床ボイラーでは、ボイラーの炉の底部から上方へ強い空気流が供給される。この空気流により、廃砂が洗浄され、灰、及び、加熱に使用された燃料がボイラーの炉内で浮遊する。
【0003】
廃砂の再生により、未使用の天然砂の必要性が減少し得る利点が得られる。しかしながら、上述の流動床ボイラーに基づく再生プロセスは、プロセスが遅く、運転コストが高く、洗浄される再生砂１トン当たりの廃棄物が多い欠点がある。
【0004】
生態学的意味で考えると、未使用の天然砂の必要性をさらに低減でき、再生プロセスで使用されるエネルギーの消費を低減できるように、再生プロセスを開発することに意義がある。
【発明の概要】
【0005】
本発明の目的は、ベントナイト粘結剤を含む廃砂を再生して、洗浄された砂が建築工業製品または鋳物砂として再利用可能になるようにするための新規な方法および装置を提供することである。
【0006】
本発明は、独立請求項の特徴によって特徴付けられる。
【0007】
本発明は、さらなる使用のために砂を再生するために、ベントナイト粘結剤を含む廃砂に対する熱処理効果と機械的処理効果とを組み合わせるという考えに基づいている。
【0008】
本発明の利点は、エネルギー消費が減少し、洗浄され再生される砂の収量が増加することである。
【0009】
本発明のいくつかの実施形態は、従属請求項に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【0010】
以下、添付の図面を参照して、好ましい実施形態によって、本発明がより詳細に説明される。
【0011】
【0012】
明確化のために、これらの図は、本発明のいくつかの実施形態を簡略化して示している。これらの図において、同様の参照符号は同様の要素を特定している。
【発明を実施するための形態】
【0013】
図１は、ベントナイト粘結剤（ベントナイトバインダー）を含む廃砂の再生のための一実施形態に係る装置１の側面図を概略的に示す。ベントナイト粘結剤を含む廃砂は、砂粒の表面にベントナイト粘結剤の層を有する砂粒からなる。ベントナイト粘結剤を含む廃砂は、例えば、鋳造に使用された鋳物工場、または、流動床ボイラーの床材料として使用された発電所に由来し得る。
【0014】
装置１は、回転可能な（回転式の）炉（回転炉）２を備える。炉２は、廃砂中のベントナイト粘結剤から炭素と吸収された水分とを除去するために、ベントナイト粘結剤を含む廃砂に熱処理効果を付与するように加熱される。図２は、図１の炉２の端面図を概略的に示す。炉２は、少なくとも１つの回転モータ３によって、例えば図２において参照符号ＲＤの矢印で示される回転方向に回転されるように設けられている。
【0015】
回転可能な炉２は、ほぼ円筒形の形状を有する。炉２は、第１の端部２ａと、第１の端部２ａとは反対側の第２の端部２ｂとを備え、炉２の第１の端部２ａと第２の端部２ｂとの間を結ぶ方向が、炉２の長手方向を画定している。炉２は、第１の端部２ａから第２の端部２ｂに向かって延びる第１の端部領域２ａ’を備える。図１の実施形態において、第１の端部領域２ａ’は、実質的に、炉２の長手方向の中央部まで延びる。第１の端部領域２ａ’は、炉２の第１の端部２ａも含む。炉２は、第２の端部２ｂから第１の端部２ａに向かって延びる第２の端部領域２ｂ’をさらに備える。図１の実施形態において、第２の端部領域２ｂ’は、実質的に、炉２の長手方向の中央部まで延びている。第２の端部領域２ｂ’は、炉２の第２の端部２ｂも含む。炉２は、第１の端部２ａまたは第１の端部領域２ａ’において、参照符号ＦＷＳ‐ＩＮの矢印で示すように炉２内に廃砂を供給するための少なくとも１つの入口４を有する。炉２は、第２の端部２ｂまたは第２の端部領域２ｂ’において、参照符号ＤＴＴＷＳ‐ＯＵＴの矢印で示されるように、炉２内で熱処理を受けた廃砂、すなわち、ベントナイト粘結剤を含む熱処理廃砂を、さらなる処理のために炉２から排出するための少なくとも１つの出口５を有する。したがって、炉２の内部空間（内部容積）は、炉内の廃砂の流れのために、実質的に炉２の第１の端部２ａから第２の端部２ｂまで少なくとも部分的に開放されている。
【0016】
回転可能な炉２の内周には、回転可能な炉２の第１の端部領域２ａ’の少なくとも一部において、１つ又は複数のリフター６が設けられている。図２に概略的に示すように、リフター６は、回転可能な炉２の内周から炉２の中心部に向かって延びている。図１において、リフター６は、参照符号６で示された破線で非常に概略的に示されている。炉２の長手方向において、少なくとも１つのリフター６は、実質的に炉２の第１の端部２ａから炉２の第２の端部２ｂに向かって延びるように配置されている。少なくとも１つのリフター６は、図１に概略的に示されるように炉２の第２の端部領域２ｂ’まで延びてもよく、さらには、炉２の第２の端部２ｂまで延びてもよい。
【0017】
少なくとも１つのリフター６は、炉２内に供給された廃砂の少なくとも一部を捕捉して、図２において参照符号ＦＡの矢印で概略的に示されるように炉２の底部に向かって落下するまで炉２の内周上を炉２とともに移動するように設けられている。廃砂が炉２の底部に向かって落下するとき、落下する廃砂、すなわち廃砂の粒子は、図２において多数のドットで概略的に示されているような一種の砂雲を、落下中に炉２内に形成する。リフター６間の廃砂の層は、非常に概略的に、参照符号ＷＳで示されている。
【0018】
図１の実施形態において、リフター６は、炉２の第１の端部２ａに面するリフター６の端部が、炉２の第２の端部２ｂに面するリフター６の反対側の端部よりも高く配置されるような傾斜位置にある。この効果は、炉２の第１の端部２ａから炉２の第２の端部２ｂに向かう炉２内の廃砂の移動を誘導し、促進することである。図１の実施形態に概略的に示すように、炉２の第１の端部２ａが炉２の第２の端部２ｂよりも高く位置するような傾斜位置に炉２を配置することによっても、同様の効果が達成または強化され得る。
【0019】
さらに、図１の装置では、炉２の第１の端部２ａに少なくとも１つのバーナー７が設けられている。あるいは、場合によっては、バーナー７は、炉２の第１の端部領域２ａ’において、炉２の内部空間に配置されてもよい。バーナー７は、炉２の内部空間と炉２内に供給された廃砂とを加熱するように設けられている。バーナー７は、例えば、ガスバーナー、凝縮ガスバーナー、又は、炉２の内部空間と炉２内に供給された廃砂とを加熱するのに適用可能な他のバーナー若しくは何らかの加熱手段であってもよい。
【0020】
さらに、図１の装置において、炉２の第２の端部２ｂには、少なくとも１つの排気装置８が設けられている。あるいは、場合によっては、排気装置８は、炉２の第２の端部領域２ｂ’において、炉２の内部空間に配置されてもよい。排気装置８は、炉２の内部空間に発生する排煙と、粉塵等の微粉とを炉２の外に排出するように設けられている。排気装置８は、排煙および微粉を炉２から排出するために適用可能な他の手段と置き換えられてもよい。
【0021】
炉２及びこれに関連する機器は次のように動作する。
【0022】
ベントナイト粘結剤を含む廃砂は、図１に矢印ＦＷＳ－ＩＮで概略的に示すように、少なくとも１つの入口４を通って炉２内に供給される。廃砂は、好ましくは、バーナー７の炎を通って炉２の底部に向かって落下するように炉２内に供給され、これにより、廃砂の加熱が効果的に開始される。
【0023】
同時に、炉２が回転モータ３によって回転され、これにより、少なくとも１つのリフター６が、炉２に供給される廃砂の少なくとも一部を捕捉して、該廃砂が炉２の底部に向かって落下するまで炉２の内周上を炉２とともに移動するように配置される。これにより、廃砂の粒子が、炉２内に砂雲を形成する。この砂雲の形成により、炉２の内部空間で廃砂がほぼ均一に加熱され得る。バーナー７は、少なくとも約４００℃の廃砂の温度、好ましくは、少なくとも約４００～７００℃の廃砂の温度が達成されるように、廃砂を加熱するように設定され、作動される。炉２内の廃砂の所望の温度が達成され得ることを確認するために、炉２内の廃砂の温度を測定するための温度センサーが、（炉２の内部空間における砂雲の形成と、炉２内の廃砂の拡散速度（伝播速度）との両方に影響を及ぼす）バーナー７の加熱効率および／または炉２の回転速度を制御するために適用されてもよい。
【0024】
廃砂の加熱により、炉２内で廃砂が熱処理され、吸収された水分がベントナイト粘結剤から蒸発し得る。吸収された水分がベントナイト粘結剤から蒸発すると、廃砂に機械的処理が施されることにより、砂粒の表面からベントナイト粘結剤を剥離しやすくなる。これについては、以下でより詳細に考察される。
【0025】
炉２の回転に伴って、廃砂の少なくとも一部が、少なくとも１つのリフター６によって捕捉されて、炉２の底部に向かって落下するまで炉２の内周上で炉２とともに移動され、炉２の底部への砂粒の落下による衝撃により、加熱された廃砂に軽い機械的処理効果が付与される。この軽い機械的処理効果により、炭素を含む粉塵がベントナイト粘結剤から分離される。ベントナイト粘結剤から分離された炭素は、炉２内の温度により燃焼し、プロセス中に発生する粉塵の量を減少させる。
【0026】
炉２内で発生したり、例えば廃砂とともに炉２内に進入したりした粉塵等の微粉は、排気装置８によって炉２外に排出される。炉２内で熱処理効果を受けた廃砂は、以下に説明されるように廃砂に加えられる機械的処理効果のために、参照符号ＤＴＴＷＳ‐ＯＵＴの矢印で概略的に示されるように、少なくとも１つの出口５を通って炉２の外に排出される。
【0027】
図１の装置１は、廃砂中のベントナイト粘結剤から砂、つまり砂粒を分離するために、回転可能な炉２から受け取った熱処理済みの廃砂に機械的処理効果を与えるための回転可能な（回転式の）ドラム（回転ドラム）９をさらに備える。ドラム９は、少なくとも１つの回転モータ１０によって回転されるように構成されている。
【0028】
回転可能なドラム９は、略円筒形状を有し、第１の端部９ａと、第１の端部９ａとは反対側の第２の端部９ｂとを備える。ドラム９の第１の端部９ａと第２の端部９ｂとの間を結ぶ方向は、ドラム９の長手方向を画定している。ドラム９は、第１の端部９ａから第２の端部９ｂに向かって実質的にドラム９の長手方向の中央部まで延びる第１の端部領域９ａ’を備える。第１の端部領域９ａ’は、ドラム９の第１の端部９ａを含む。ドラム９は、第２の端部９ｂから第１の端部９ａに向かって実質的にドラム９の長手方向の中央部まで延びる第２の端部領域９ｂ’をさらに備える。第２の端部領域９ｂ’は、ドラム９の第２の端部９ｂを含む。ドラム９は、第１の端部９ａまたは第１の端部領域９ａ’において、参照符号ＦＴＴＷＳ‐ＩＮの矢印で示すように、熱処理された廃砂を回転可能な炉２から回転可能なドラム９内に供給するための少なくとも１つの入口１１を有する。ドラム９は、第２の端部９ｂまたは第２の端部領域９ｂ’において、参照符号ＤＣＮＳ‐ＯＵＴの矢印で示すように、ベントナイト粘結剤から分離された砂、すなわち再生されたきれいな砂をドラム９の外に排出するための少なくとも１つの出口１２を有する。装置１は、例えば再生砂の包装を含むさらなる処理のために、再生されたきれいな砂を搬送するためのコンベヤ（例えば、ベルトコンベヤ１３またはスクリューコンベヤなど）をさらに備えてもよい。
【0029】
回転可能なドラム９は、少なくとも第１の端部領域９ａ’において、廃砂中のベントナイト粘結剤から砂、つまり砂粒を機械的に分離するように、熱処理された廃砂に機械的処理効果を与えるための少なくとも１つのセクション１４を備える。図３は、廃砂に機械的処理効果を与えるためのセクション１４において部分的に破断して概略的に示す、回転可能なドラム９の一部の側面図である。図３の実施形態において、セクション１４は、ドラム９が回転モータ１０によって回転されるときに廃砂に衝撃を与えてベントナイト粘結剤から砂を分離する複数の粉砕ボール１５を有する粉砕セクションである。したがって、セクション１４は、ベントナイト粘結剤から砂を分離するために、熱処理された廃砂に機械的処理効果を与えるのに適用可能な機械的処理手段を提供する。砂粒が受ける衝撃、及び、砂粒の相互の摩滅により、ベントナイト粘結剤が砂粒表面から剥離し、これにより、ドラム９内の粉砕セクション１４におけるベントナイト粘結剤および他の微粉を含む粉塵雲が形成される。
【0030】
一実施形態に係る装置１によれば、図１において回転可能な炉２の第２の端部領域２ｂ’に位置する参照符号１４で概略的に示されるように、少なくとも１つの同様のセクションが回転可能な炉２の少なくとも第２の端部領域２ｂ’に配置されてもよい。
【0031】
回転可能なドラム９の内周には、ドラム９の第１の端部領域９ａ’および第２の端部領域９ｂ’のうちの少なくとも一方の少なくとも一部において、ドラム９の内周から中心部に向かって延びる１つ又は複数のリフター１６が、回転可能な炉２に関連して上述されたリフター６（図２参照）と同様の態様で設けられてもよい。図１において、リフター１６は、参照符号１６の破線で非常に概略的に示されている。
【0032】
回転可能なドラム９内の少なくとも１つのリフター１６は、ドラム９内の砂の少なくとも一部を捕捉して、（図２において参照符号ＦＡの矢印で概略的に示された砂と同様の態様で）ドラム９の底部に向かって落下するまでドラム９の内周上をドラム９とともに移動させるように設けられている。砂が炉２の底部に向かって落下すると、ベントナイト粘結剤から分離されて落下する砂（すなわち、ベントナイト粘結剤が分離された砂粒）は、例えば、砂から分離されたベントナイト粘結剤と他の粉塵とを含む微粉とともに、回転可能な炉２（図２参照）に関連して上述されたのと同様の態様で、ドラム９の内部に一種の雲を形成する。
【0033】
図１の実施形態では、ドラム９の長手方向へのドラム９内の砂の移動を促進するために、リフター１６も傾斜位置にある。リフター１６の傾斜位置では、ドラム９の第１の端部９ａに面するリフター１６の端部が、ドラム９の第２の端部９ｂに面するリフター１６の反対側の端部よりも高い位置にある。図１の実施形態にも概略的に示されているように、ドラム９の第１の端部９ａがドラム９の第２の端部９ｂよりも高い位置になるような傾斜位置に、ドラム９を配置することによって、同様の効果が達成または強化され得る。
【0034】
さらに、図１の装置では、ドラム９の第１の端部９ａに少なくとも１つの排気装置１７が設けられている。あるいは、場合によっては、排気装置１７は、ドラム９の第１の端部領域９ａ’における他の部分において、ドラム９の内部空間（容積内）に配置されてもよい。排気装置１７は、ドラム９の内部に空気流を生じさせるように設けられている。この空気流の方向は、ドラム９の第２の端部９ｂからドラム９の第１の端部９ａに向かう方向である。この空気流によって、ベントナイト粘結剤から分離された砂、つまり砂粒が冷却される。同時に、排気装置１７は、ベントナイト粘結剤から分離された砂を冷却することを目的としたこの空気流とともに、粉塵などの微粉を、ドラム９の内部空間からドラム９の外に排出し得る。
【0035】
したがって、排気装置１７は、ドラム９の内部空間を通る非加熱の空気流によって、ベントナイト粘結剤から分離された砂を冷却するための一種の冷却手段を提供する。非加熱の空気流は、少なくとも１つの空気入口１８を通ってドラム９に入る。少なくとも１つの空気入口１８は、周囲空気からドラム９内に冷却空気が流入することを許容するように、ドラム９の第２の端部９ｂ、又は、ドラム９の第２の端部領域９ｂ'の他の部分に配置されている。砂粒から分離されたベントナイト粘結剤と、他の粉塵とを含むが、ベントナイト粘結剤から分離された砂を含まない微粉が、ドラム９を通って流れる冷却空気流とともにドラム９から除去され得るように、排気装置１７の駆動出力が制御される。装置１の周囲で利用可能な特別に冷却された空気がある場合、その冷却空気は、ドラム９の内部空間を通る非加熱の空気流にも使用され得る。
【0036】
さらに、図１の装置には、ドラム９の第２の端部領域９ｂ’に、少なくとも１つの分類装置２０を有する少なくとも１つのセクション１９が設けられている。少なくとも１つの分類装置２０は、ベントナイト粘結剤から分離された砂を少なくとも１つの合格画分ＤＣＮＳ‐ＯＵＴと少なくとも１つの不合格画分ＲＦとに分類するように構成されている。少なくとも１つの合格画分ＤＣＮＳ‐ＯＵＴは、洗浄された再生砂としてドラム９の少なくとも１つの出口１２を通ってドラム９から排出される。少なくとも１つの不合格画分ＲＦは、さらなる処理のためにドラム９から排出される。洗浄された再生砂（合格画分ＤＣＮＳ‐ＯＵＴ）の流れ、及び、不合格画分ＲＦの流れは、図１および図４のそれぞれの矢印で概略的に示されている。図１のドラム９のセクション１９の側面図が部分的に破断されて概略的に示された図４を参照すると、複数のシェーカー部（振動部）２２を備えたメッシュ２１（分類装置２０）が示されている。メッシュ２１は、シェーカー部２２によって揺すられ（振動され）得る。本実施形態において、メッシュ２１は、一種の分類装置２０を形成する。メッシュ２１のメッシュサイズによって規定されるように、砂の少なくとも一部、すなわち、所定の粒径以下の砂粒は、合格画分ＤＣＮＳ‐ＯＵＴを形成するためのメッシュ２１の開口部を通して、ドラム９内で処理された砂から分離または濾過される。この合格画分ＤＣＮＳ‐ＯＵＴ、すなわち、洗浄された再生砂は、後述のように、さまざまな用途に再利用され得る。
【0037】
さらに、図１の装置において、メッシュ２１には、ベントナイト粘結剤から分離された砂から、磁性粒子（例えば、鉄および鉄鋼の粒子など）を除去するための１つまたは複数の磁気分離器２３が設けられている。例えば、図３の実施形態では、３つの磁気分離器２３が設けられている。図４の構成では、メッシュ２１の上に１つの磁気分離器２３が設けられ、メッシュ２１の両端部におけるメッシュ２１の下に２つの磁気分離器２３が設けられているが、メッシュ２１と磁気分離器２３の配置は適宜変更可能である。
【0038】
メッシュ２１に入ったが通過しなかった砂は、不合格画分ＲＦとなって、不合格品（廃棄物）処理のためにドラム９の外に排出される。実際には、不合格画分ＲＦも、砂であるか、又は、ベントナイト粘結剤から分離されたがメッシュ２１の開口部を通過しない粒径を有する砂粒子で構成されている。不合格品処理には、例えば、不合格画分ＲＦを、様々な粒径のさらなる画分に分類することが含まれてもよい。
【0039】
本明細書に開示される解決策は、さらなる使用のために砂を再生するために、ベントナイト粘結剤を含む廃砂に対して及ぼされる熱処理効果と機械的処理効果との組み合わせを提供する。ベントナイト粘結剤を含む廃砂に熱処理が施された後、砂粒に機械的処理が施されることにより、砂粒の表面からベントナイト粘結剤が剥離しやすくなる。本明細書に開示される方法および装置は連続プロセスを提供する。この連続プロセスにおいて、動作条件は、実質的に一定のままであるが、もちろん、再生される廃砂の品質の変動に応じて調整され得る。調整可能な要素は、例えば、バーナー７の加熱効率、炉２の回転速度、又は、排気装置１７の駆動出力の少なくとも１つであってもよいが、プロセス内の一部の装置の動作に関連し、プロセスの動作に明らかに影響を与えるその他の要素も、プロセスの調整可能な要素であると判断されてもよい。例えば、鋳造工場で使用される砂についてさらに詳細に考慮すると、鋳造プロセスで溶融金属に最も近い砂は、非常に高温（１４００℃を超える温度）の熱にさらされる。高温になると、ベントナイトは結晶水をすべて失い、水分を再吸収できない焼成ベントナイトになると言われている。多くの砂循環では、結晶水を失った新しい粘土層が焼成砂粒の上に形成され、この砂は卵塊状になると言われている。
【0040】
熱的方法だけでは、卵塊状になった砂粒の再生には効果的ではない。高温では、鋳造時の加熱と同じ現象が発生する。つまり、活性ベントナイトが砂粒の表面まで焼成する。焼成ベントナイトは脆いものの、熱だけでは砂粒とベントナイトとの結合を破壊するのに十分ではないため、熱再生後も、処理される廃砂に十分な機械的衝撃を与える機械的処理が必要である。
【0041】
本明細書に開示される熱機械的方法は、再生を大幅に強化する。なぜなら、高温に長時間さらされると、砂に結合しているベントナイトの大部分が確実に焼成することで、砂粒とベントナイトとの結合を破壊するための機械的衝撃に耐えられなくなるためである。
【0042】
機械的処理は、吸収された水分がベントナイト粘結剤から蒸発した後、廃砂からベントナイト粘結剤を機械的に除去する効果的な方法を提供する。再生プロセスで使用されるエネルギーの総量は、例えば、流動床ボイラーに基づく再生プロセスよりも少なくなる。なぜなら、本明細書に開示される解決策において、熱処理は、砂粒からベントナイト粘結剤を分離することを目的としたものではなく、機械的処理段階の効率を改善することのみを目的としているためである。機械的処理のおかげで、流動床ボイラーに基づく再生プロセスと比較して、洗浄された再生砂の収量が増加する。
【0043】
図１の実施形態において、回転式のドラム９は、回転式の炉２の下方に、水平方向において回転式の炉２と実質的に平行に配置されている。この実施形態は、炉２とドラム９とのコンパクトな組み合わせを提供する。また、この実施形態は、炉２の大きさとドラム９の大きさとに応じて、複数の車輪を備えたシャーシ上に実装しやすくなり、これにより、必要に応じて、炉２とドラム９との組み合わせを容易に移動させることが可能になる。ただし、炉２とドラム９の互いに対する他の配置も可能である。
【0044】
一実施形態によれば、前記装置は、炉２に供給される廃砂中に出現し得る塊を粉砕、破壊、または除去するための少なくとも１つの粉砕機、破砕機、又は、ふるいを備える。
【0045】
一実施形態によれば、前記装置は、少なくとも１つの排気装置８，１７によって炉２またはドラム９のうちの少なくとも１つから除去された空気流から熱を回収するための熱回収ユニットを備える。回収された熱は、例えば、炉２に供給される廃砂の乾燥または予熱に使用されてもよい。
【0046】
一実施形態によれば、再生砂は、そのままで、又は、未使用の天然砂と混合されて、鋳物砂または発電所ボイラー砂として再利用されてもよい。再生砂は、特定の用途に適した粘結剤で再度コーティングされてもよい。
【0047】
一実施形態によれば、再生砂は、例えば、コンクリート製品、モルタル、フロアマス製品、フィラー、フロート、アクリルマスなどの建築工業製品において、又は、濾過砂として使用されてもよい。再生砂は、未使用の天然砂に比べて、砂粒の構造が丸いため、建築工業製品に使用するのにさらに適している。なぜなら、砂粒の丸い形状により、より均一な表面が提供され得るためである。建築工業製品に再生砂が使用されると、未使用の天然砂の必要性がさらに低減する。
【0048】
技術が進歩するにつれて、本発明の概念がさまざまな態様で実現され得ることは当業者には明らかであろう。本発明およびその実施形態は、上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲内で適宜変更可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2024-05-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベントナイト粘結剤を含む廃砂を再生するための装置であって、第１の端部と第２の端部とを有する回転可能な炉であって、前記炉の中に前記廃砂を供給するための少なくとも１つの入口を、前記第１の端部において有し、熱処理された前記廃砂を前記炉から排出するための少なくとも１つの出口を、前記第２の端部において有する炉と、
前記ベントナイト粘結剤から炭素を燃焼させるとともに吸収された水分を蒸発させるように前記廃砂に熱処理を施すために、前記炉の中に供給された前記廃砂を加熱可能なように前記炉の前記第１の端部に設けられたバーナーと、
前記炉の中に供給された前記廃砂の少なくとも一部を、前記炉の底部に向かって落下するまで前記炉の内周上で前記炉と共に移動させるように捕捉するように設けられた少なくとも１つのリフターであって、前記炉内における前記廃砂の移動を、前記炉の前記第２の端部と、前記炉の前記第２の端部における前記少なくとも１つの出口とに向けて案内するように設けられた少なくとも１つのリフターと、
第１の端部と第２の端部とを有する回転可能なドラムであって、前記熱処理された前記廃砂を前記ドラム内に受け入れるための少なくとも１つの入口を、前記第１の端部において有し、前記ベントナイト粘結剤から分離された砂を前記ドラムから排出するための少なくとも１つの出口を、前記第２の端部において有するドラムと、
前記ドラムの前記第１の端部において、前記ベントナイト粘結剤から砂を分離するように、前記熱処理された前記廃砂に機械的処理を施すための少なくとも１つのセクションと、
前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂を冷却するように、前記ドラムの前記第２の端部から前記ドラムの前記第１の端部に向かう方向に非加熱の空気流を生じさせるために、前記ドラムの前記第１の端部に設けられた少なくとも１つの排気装置と、
を備える装置。
【請求項2】
前記炉は、前記第２の端部において、前記ベントナイト粘結剤から前記砂を機械的に分離するように、前記熱処理された前記廃砂に前記機械的処理を施すための少なくとも１つのセクションを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記少なくとも１つの排気装置は、前記非加熱の空気流において、前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂から微粉を除去するように設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記熱処理された前記廃砂に機械的処理を施すための前記少なくとも１つのセクションは、前記ベントナイト粘結剤から前記砂を分離するように前記廃砂に衝撃を与える粉砕ボールを有する粉砕セクションである、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項5】
前記ドラムの前記第２の端部は、前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂を、少なくとも１つの合格画分と少なくとも１つの不合格画分とに分類するための少なくとも１つの分類装置を備え、前記少なくとも１つの合格画分は、前記ドラムの前記少なくとも１つの出口を通って前記ドラムから排出される、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記ドラムは、前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂から、磁性粒子を分離するための少なくとも１つの磁気分離器を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項7】
前記ドラムは、前記炉の下に配置され、水平方向において前記炉と実質的に平行に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項8】
ベントナイト粘結剤を含む廃砂を再生するための方法であって、前記廃砂における前記ベントナイト粘結剤から炭素と吸収された水分とを除去するように、前記廃砂に熱処理を施すステップと、
前記ベントナイト粘結剤から砂を機械的に分離するように、前記熱処理が施された前記廃砂に機械的処理を施すステップと、
前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂に冷却効果を付与するステップと、を備え、
前記方法は、請求項１に記載の装置によって実行される、方法。
【請求項9】
前記廃砂に前記熱処理を施すステップでは、炭素を燃焼させるように且つ吸収された水分を前記ベントナイト粘結剤から蒸発させるように前記廃砂を加熱する、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記熱処理が施された廃砂に前記機械的処理を施すステップは、少なくとも、前記廃砂を粉砕することを含む、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項11】
前記ベントナイト粘結剤から分離された前記砂に前記冷却効果を付与するステップでは、非加熱の空気流を前記砂に向ける、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項12】
建築工業製品、鋳物砂、又は発電所ボイラー用砂のための砂であって、請求項８に記載の方法によって再生された砂を備える、
砂。
【請求項13】
建築工業製品、鋳物砂、又は発電所ボイラー用砂における、請求項８に記載の方法によって再生された砂の使用。
【国際調査報告】