希土類の採掘、選鉱、精製向けGyratonサイロミキサー

均一に調整された原料は、バルク材料処理において、安定した厳密なプロセスウィンドウを実現するための鍵となります。amixon®社のGyraton®サイロミキサーは、プロセス工程間の精密ミキサー、バッファステージ、および貯蔵サイロとしての役割を同時に果たします。これは、バッチ全体を通じて、均一な原料含有量、狭い粒度分布、および意図的に調整されたレオロジー的流動特性を保証します。

このようにして達成された原料の均質性により、酸浸出、沈殿、ろ過、凝集、沈降、乾燥、および焼成を、厳密に定義された運転範囲内で実施することが可能になります。これにより、収率、製品品質、およびプラントの処理能力が向上する一方で、試薬およびエネルギーの消費量は大幅に削減されます。

ネオジムは、風力発電および電気自動車業界における高性能永久磁石の主要材料です。プラセオジムは、合金およびガラスの添加剤として使用されます。ジスプロシウムは、温度安定性に優れたトラクション用磁石のドーピング材として機能します。テルビウムは、ディスプレイにおける重要な蛍光体成分です。ユーロピウムは、ディスプレイ用蛍光体の活性化剤です。イットリウムは、高性能セラミックスやレーザー材料の基材となります。

長いプロセスチェーンにおいて均質化が重要な理由

不均一な原料（鉱石粉、バルク材、エマルジョン、溶液、懸濁液）は、不安定なプロセス結果をもたらします。プロセスパラメータの追従調整を行うと、物質収支が悪化し、エネルギー消費量が増加します。所定の中間均質化を行うことで、プロセスを安定させることができます。Gyraton^®サイロミキサーは、連続運転またはバッチ運転のいずれかを選択でき、最大100m³の均質なバッチを供給します。

各プロセス工程の前に原料（粉末、バルク材、または懸濁液）が均質であればあるほど、収率は高くなります。その一例として、希土類鉱石であるネオジムの処理が挙げられます：

原鉱は、価値のある鉱物を露出させるために、破砕機や粉砕機で粉状に粉砕されます。
粒子サイズによる選別。
粒子密度による分離。
スラリーの処理。固形分濃度とレオロジーは、湿式冶金プロセスに合わせて調整されます。
鉱物の酸浸出。
Gyraton^®サイロミキサーによる溶液／スラリーの中間均質化。
化学的沈殿、結晶化、沈降、および凝集。
中間均質化（任意）。
希土類を含む固形ケーキのろ過／洗浄。
真空混合乾燥機での乾燥および均質化。
ネオジム酸化物への焼成。
超微粉砕およびその他の分離プロセス。
機械的合金化の前段階としての混合。

最小限の駆動出力で理想的な混合品質を実現するには？

Gyraton^®サイロミキサーの設計原理は、サイロの活用に基づいています。原料は需要に応じてサイロ内に貯蔵・排出されます。比較的長い滞留時間は、徹底的に混合に活用されます。これは極めて低い回転数で行われます。この際、撹拌機構が必要とする駆動出力は、一般的な精密ミキサーのわずか10～20％に過ぎません。その理由は、2つの動きが重なり合っているためです。すなわち、撹拌ヘリックスが自身の軸を中心に回転する動きと、カルダンジョイントで支持されたヘリックスシャフトの歳差運動です。円筒形サイロの底部は、平らな球殻状になっています。

混合ヘリックスが製品をらせん状に上方へ搬送する一方で、重力がそれを下方へ戻します。この混合原理は、充填率が約3％からすでに効果を発揮し、理想的な混合品質を生み出します。1対100,000という比率であっても、繰り返された混合試験では、混合品質の変動係数が5％未満であることが示されています。混合プロセスはデッドスペースがなく、混合物の流動特性に依存しません。

混合の品質はどのように確認されるのでしょうか？

基準装置として、Gyraton^®テストサイロミキサーを使用します。このミキサーには、粒子径分布が広い（x_v = 40–1000 µm）乾燥した粉末状の混合物が3 m³充填されています。バッチ量は1500 kgです。最後に、微細な分散性を持つ着色剤粉末（x_v = 10–100 µm、嵩密度約0.25 kg/dm³）を15 g添加します。その後、混合プロセスを開始します。

所定の回転数に達した後、混合プロセスを停止する。混合室内の10か所の異なる位置から、それぞれ約30 gの試料を採取する。分析には、そこから正確に15 gを使用する。右のグラフは、混合品質の変動係数の推移を示している。

注目すべきは、混合ツールの回転数にかかわらず、混合品質の推移が非常に類似している点である。まさにこの特性により、Gyraton^®サイロミキサーは、高度な要求や大量の製品に対応する、コストパフォーマンスに優れた精密ミキサーとして適している。

まもなく、試験用に総容量13m³のGyraton混合サイロがもう1基稼働する予定です

ラプラス解析はこの平滑化効果を定量化し、Gyraton®混合サイロを計量変動に対する動的なローパスフィルターとして記述します。これにより、測定された混合品質の推移から、時定数、減衰率、許容計量誤差を直接導き出すことが可能です。

当社の技術センターでは、お客様の製品を最大10m³のバッチサイズで混合・処理いたします。こうして得られた特性値は、容量100m³を超えるサイロミキサーにも確実に適用可能です。

Gyraton^®混合サイロは、連続運転にも使用可能です。この場合、バッファリングと均質化の両方の役割を担います。充填率が高まるにつれて、品質のばらつきはますます抑制されます。排出は均質な製品流として行われ、下流のプロセス段階に連続的に供給されます。試験運転により、Gyraton®-^{サイロミキサーが計量誤差を著しく平滑化することが実証されています。}

バッチサイズ、混合時間、および必要な駆動出力

Gyraton^®サイロミキサーは、プロセス設計における高い柔軟性が特徴です。「バッチサイズと利用可能な混合時間を設定するだけで、必要な駆動出力が算出されます」。この精密ミキサーは、非常に低速な回転数でも、バルク材料の優れた均質性を実現します。これが、特に低い動力要件の理由です。

この設計表では、例として乾燥状態の炭酸カルシウムとカオリン粉末を参照しています。それらのかさ密度は約1 kg/dm³です。実際に必要な動力要件は、かさ密度、流動特性、含水率、および粒子径や粒度分布によって異なります。

amixon^®チームが、お客様の用途に合わせた正確な設計データを算出いたします。試験には、混合物3m³以上をご用意ください。この評価の過程で、混合効果を実演してご確認いただくことも可能です。

100 m³のGyraton®サイロミキサーは、その輸送寸法により、組み立て済み状態で道路輸送が可能です

例えば、50 m³の微粉砕された希土類原料を受け取ったとします。この原料中のネオジム、プラセオジム、コバルト、テルビウムといった有用元素の含有量は、不均一に分布しています。このような粉砕物の50m³の単一バッチは、Nd、Pr、Co、Tbの含有量にもよりますが、7桁のユーロ規模の商品価値を持つ可能性があります。

このケースでは、バッチをGyraton^®サイロミキサーに投入し、非常に低い駆動出力で一晩かけて均質化を行います。翌朝には、極めて精密な混合品質が得られます。実務上、バッチ全体の貴金属含有量を確実に測定するには、たった1回のサンプリングで十分です。Gyraton®混合サイロへの投資は、短期間で回収されることが珍しくありません。その理由は、第一に貴金属含有量を正確に把握できること、第二に濃縮工程の初期段階で均質な原料が得られることです。

実物大に近いスケールでの実製品を用いた試験

amixon^®テクニカムでは、実物大に近いスケールでのプロセス試験が可能です。その範囲は、混合、凝集、湿潤、被覆から、真空乾燥、さらには化学合成にまで及びます。パダーボルンの本社には、30台以上の試験用ミキサーが設置されています。さらに、日本、中国、韓国、インド、タイ、米国にあるテクニカにも、多数のamixon®試験機が利用可能です。