溶融金属を粒状化するための装置及び方法
本発明は、溶融金属を粒状化するための装置及び方法に関する。この装置は、主として、円形の水タンクより成っており、該水タンク内に水が、複数の水ノズルを用いて接線方向で噴射され、それによって水が水タンク内で回転し、放物面が形成されるようになっている。複数の水ノズルは、水タンクの周囲に、高さ位置が分配して配置されている。最上位の水ノズルは、水面の領域内に配置されていて、水面内に位置する水流又は扇形の水流を生ぜしめる。溶融金属を粒状化するために、溶融金属は、るつぼから、最上位の水ノズルの水面又は水流内に連続的に注ぎ込まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に溶融物を注ぎ込むことによって、溶融金属を粒状化するための手段に関する。
【０００２】
溶融金属又は溶融スラグを水によって粒状化するための、種々異なる装置及び方法が公知である。粒状化することによって、スラグ及び金属をさらに搬送し、かつ処理する作業が軽減される。金属を粒状化することは、その他の金属と共に合金を形成しようとする場合、特に有利である。このようにすれば、金属を正確に小分けすることができ、これは、金属が粒状化された形で存在していれば、容易である。
【０００３】
国際公開第０１／５５４６２号パンフレットによれば、粗銀を精製するための方法について開示されている。この場合、粗銀は硝酸によって処理される。処理は、粒状化された粗銀に実施される。このために、溶融粗銀は、水中で粒状化される。粒状化の過程の詳しい説明は省く。
【０００４】
国際公開第０３／１０６０１２号パンフレットには、溶融金属を粒状化するための方法及び装置について記載されている。有利には、溶融シリコンを粒状化するための方法が用いられる。溶融金属は、連続的な流れで注ぎ込まれる。溶融金属の連続的な流れは、低圧のガス噴流によって金属液滴に細分化され、流れる水を通して冷却され、次いで収集される。
【０００５】
ヨーロッパ特許公開第０５２２８４４号明細書によれば、溶融金属を粒状化するための方法について記載されている。この場合、溶融されたシリコン／マグネシウム合金が主に用いられる。溶融金属は、流し込み溝から水タンク内に落とされる。それによって、流し込まれた溶融金属の流れは細滴化され（液滴に細分化され）、固化され、粒を形成する。水タンク内では、ほぼ一様な水流が形成され、この水流は、溶融金属の流れに対して垂直に、水タンクの側壁から放出されている。水流の流速は、０．１ｍ／ｓよりも低い。
【０００６】
特許文献ＧＢ２３３７２０号明細書並びにＧＢ３１３６５２号明細書によれば、溶融された固形物を液体中で粒状化するための方法が記載されている。この公知の方法においては、液体は、タンクを回転させることによって又は機械的な撹拌機によって回転せしめられ、この際に、撹拌渦が発生する。溶融された固形物は、回転するプレート又は、撹拌渦の窪み内に配置された流れ分割手段によって細滴化され、側方へ遠心分離され、それによって溶融液滴は、側方の液体に向かってに遠心分離され、液体の底に向かって降下する。撹拌渦が発生することによって、溶融液滴を、回転運動させられない同量の水量におけるよりも高い水位において、より効果的な冷却を行うことができる。
【０００７】
発明の開示
本発明は、高価値の貴金属、例えば金、銀、プラチナ、パラジウム、ロジウム並びにこれらの貴金属同士の合金、又はこれらの貴金属とその他の金属との合金を粒状化するための手段に関する。このような金属又は合金は、様々な理由により、少量しか存在しないので、このような金属又は合金のために、回分式の粒状化しか行うことができない。一方、例えばスラグを粒状化するための公知の方法は、大量のスラグを連続的に粒状化する必要がある。さらにまた、実験によれば、溶融金属特に前記貴金属を粒状化する場合、水で満たされたタンク内に溶融金属を注入する際に、しばしば、蒸気及びタンク内の水が噴出することが分かった。その原因は、溶融金属中に多量の水が貯えられていること、及び機械式の撹拌機による混合が不十分であることにある。一方では、従来技術に従って、撹拌機自体によって撹拌される粒状化タンクでは、撹拌機がタンク底部の面の一部を占有しているので、このタンク底部の面の一部は、固化されているが依然として高温である金属粒子のために提供することができない。従ってタンクの縁部に金属が堆積することになる。さらにまた、タンク及び従来の撹拌機が回転する際に、顕著な撹拌渦が発生するが、水の流速は非常に低い、ということが分かった。この場合、勿論、水位が非常に高く、しかも溶融金属を冷却する必要性があるために、溶融金属は有利にはタンクの縁部領域に沿って流し込まれるので、固化してはいるが、まだ熱い金属粒子がタンクの縁部に沿って流れることになる。溶融物を注ぎ込む際に、溶融流は１箇所に残留するのではなく、流動性の金属が撹拌渦内に注ぎ込まれ、ここでまず不十分に冷却される。全体的に、このような状況は、常に熱い金属粒子の堆積を招き、この場合、水は粒状物の粒子間で蒸発するまで加熱されるので、高い騒音を伴う蒸気発生し、またタンク内の水が、一部は粒状物の粒子と共に噴出する。
【０００８】
発明の課題
そこで本発明の課題は、安価なコストで、目立った蒸気発生を伴うことなしに、貴金属を比較的少量で回分式に粒状化することができるような装置及び方法を提供することである。
【０００９】
発明の簡単な説明
この課題は、本発明によれば請求項に記載した装置及び方法によって解決された。本発明による装置及び方法の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。以下に説明する。
【００１０】
１． 溶融金属を水中で粒状化するための装置であって、円形の水タンク（２）が設けられており、該水タンク（２）が、タンク底部（３）と、タンク壁（４）と、水流入装置（５）と、タンク底部（３）上の所望の高さ位置で前記タンク壁に設けられた水流出部（６）とを備えており、前記水流入装置（５）が分配管（７）を有していて、該分配管（７）が、水タンク（２）の外側に配置され、かつ水平方向に向けられた第１の水ノズル（８）に接続されており、該第１の水ノズル（８）が、前記水流出部（６）の上で外側からタンク壁部を貫通ガイドされていて、該第１の水ノズル（８）によって水が接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっており、第１の水ノズル（８）に対する、水タンク（２）の周面における水流出部（６）の位置は、第１の水ノズル（８）と水流出部（６）との間の角度のずれが９０゜となるように、選定されている。
【００１１】
２． 前記分配管（７）が、前記第１の水ノズル（８）の下に別の複数の水平な水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）を有しており、これらの水ノズルによって、水が、タンク底部（３）上の種々異なる高さ位置に分配されて、外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっている、項目１記載の装置。
【００１２】
３． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、水タンク（３）上の種々異なる高さ位置でタンク壁（４）の周壁に沿って分配配置されており、これらの水ノズルが、水を外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射するようになっている、項目１又は２記載の装置。
【００１３】
４． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、タンク底部（３）と第１の水ノズル（８）との間で同じ高さ位置に分配配置されている、項目１から３までのいずれか１つに記載の装置。
【００１４】
５． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って周面に分配配置されている、項目１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【００１５】
６． 第１の水ノズル（８）の隣に、該第１の水ノズルとは別の水ノズルが２つ乃至１０個設けられている、項目１から５までのいずれか１つに記載の装置。
【００１６】
７． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、それぞれ周方向で５゜乃至４５゜、有利には１０゜乃至３５゜、特に１５゜乃至２５゜の同間隔を保って、周面に互いにずらして配置されている、項目１から６までのいずれか１つに記載の装置。
【００１７】
８． 第１の水ノズル（８）が水面の領域に位置していて、水面中に位置する噴射水流又は扇形の水流を生ぜしめる、項目１から７までのいずれか１つに記載の装置。
【００１８】
９． 第２の水ノズル（９）が、第１の水ノズル（８）の下に垂直に配置されている、項目１から８までのいずれか１つに記載の装置。
【００１９】
１０． 前記水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）が、縦長の楕円形の開口又はスリットによって形成されており、水が幅の広い扇形で水タンク（２）に供給される、項目１から９までのいずれか１つに記載の装置。
【００２０】
１１． 第１の水ノズル（８）の開口の長手方向軸線とタンク壁の長手方向軸線とによって形成される角度が、約９０゜乃至１３５゜、特に約１００゜乃至１１０゜である、項目１から１０までのいずれか１つに記載の装置。
【００２１】
１２． 第１の水ノズル（８）の開口は、生ぜしめられた扇形の水流が水タンク（２）内で回転する水の放物面状の表面に対してほぼ平行に、第１の水ノズルの位置に整列され、第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）の開口が長手方向で、タンク壁（４）に対して平行に整列されている、項目１から１１までのいずれか１つに記載の装置。
【００２２】
１３． 各ノズルの、分配管（７）とノズル開口との間に、水の質量流量を調節するためのそれぞれ１つの弁（１８）が対応配置されている、項目１から１２までのいずれか１つに記載の装置。
【００２３】
１４． 水タンク（２）の水流出部（６）が戻し管路（１７）を介して、水ポンプ（１８）の吸込みスリーブに接続されていて、水ポンプ（１８）の吐出しスリーブが供給管路（１９）を介して、水流入装置（５）に水を供給するようになっていることによって、溶融金属を粒状化するための水が循環供給される、項目１から１３までのいずれか１つに記載の装置。
【００２４】
１５． 水流出部（６）が、遮断された状態で、水面と水タンクの底部（３）との間の高さの少なくとも半分の位置、有利には上半分の位置、特に上１／３の位置に配置されている、項目１から１４までのいずれか１つに記載の装置。
【００２５】
１６． 水が、水タンクに新たに供給される前に、吸い取られ、冷却される、項目から１５までのいずれか１つに記載の装置。
【００２６】
１７． 項目１から１６までのいずれか１項記載の装置内で溶融金属を粒状化するための方法において、
円形の水タンク（２）に水を充填し、水の一部を循環供給し、水を、水タンクの周面及び高さ位置に分配して、少なくとも１つの水ノズル（８）によって接線方向で水タンク内に噴射することによって、タンク内で水を回転させ、回転せしめられた水が放物面状に形成された水面（１６）を形成するようにし、少なくとも１つの水ノズル（８）を、水が前記放物面状の水面（１６）の近傍において幅の広い扇の水流で水タンクに供給されるように、容器壁部に固定し、溶融金属がるつぼから、るつぼが空になるまで第１の水ノズルによって形成された扇形の水流に連続的な流れで注入されるようにすることを特徴とする、溶融金属を粒状化するための方法。
【００２７】
１８． 前記方法のために使用する水量を、るつぼ内の粒状化される溶融金属の量の約５乃至５０倍とする、項目１７記載の方法。
【００２８】
１９． 水タンク（２）内の全水量が、約０．５分〜５分で完全に１回転するように、水の部分量を円状に供給する、項目１７又は１８記載の方法。
【００２９】
２０． 第１のノズル（８）からの水の流出速度を０．５ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓとなるようにする、項目１７から１９までのいずれか１つに記載の方法。
【００３０】
２１． 粒状化開始前の水温を、１０℃〜３０℃となるようにする、項目１７から２０までのいずれか１つに記載の方法。
【００３１】
２２． 項目１から１６までのいずれか１つに記載の装置を、貴金属を粒状化するために使用することを特徴とする、使用法。
【００３２】
発明の詳細な説明
本発明は、溶融金属を水中で粒状化するための装置であって、円形の水タンク（２）が設けられており、該水タンク（２）が、タンク底部（３）と、タンク壁（４）と、水流入装置（５）と、タンク底部（３）上の所望の高さ位置で前記タンク壁に設けられた水流出部（６）とを備えており、前記水流入装置（５）が分配管（７）を有していて、該分配管（７）が、水タンク（２）の外側に配置され、かつ水平方向に向けられた第１の水ノズル（８）に接続されており、該第１の水ノズル（８）が、前記水流出部（６）の上で外側からタンク壁部を貫通ガイドされていて、該第１の水ノズル（８）によって水が接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっており、第１の水ノズル（８）に対する、水タンク（２）の周面における水流出部（６）の位置は、第１の水ノズル（８）と水流出部（６）との間の角度のずれが９０゜、有利には１８０°以上となるように、選定されている形式のものに関する。
【００３３】
運転中に、タンクは水で満たされ、この水は、接線方向で噴射されて回転せしめられ、それによって水の表面が回転放物面を形成する。溶融金属は、粒状化するために、るつぼから、第１のノズルによって形成された円錐形水流又は扇形水流内に注ぎ込まれる。この際に発生した回転放物面は、一般的に、機械的な撹拌機を備えた装置において発生する顕著な撹拌渦よりも弱いので、溶融金属の流れに動きが加えられただけでも、溶融金属の流れの確実な粉砕、及び発生した粒の確実な分割が得られる。第１のノズル（８）は、水面の領域内に位置していて、水面内に噴射水流又は扇形水流を生ぜしめる。
【００３４】
有利な形式で、分配管（７）は、前記第１の水ノズル（８）の下に別の水平な複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）を有しており、これらの水ノズルによって、水が、タンク底部（３）上の種々異なる高さ位置に分配されて、外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっている。これらの追加的な水ノズルは、水タンク内の水に回転運動を与え、回転する水の半径方向の速度分布に対して追加的に、垂直な速度分布を生ぜしめるために役立つ。
【００３５】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）は、タンク底部と第１の水ノズル（８）との間に、不均一に分配することができる。また、第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）がすべて、互いに垂直上下に配置されているのではなく、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って、水タンクの周囲に分配配置されていれば、有利である。この場合、それぞれ最も低い位置にある水ノズルが、水の回転方向で前方にずらされる。その理由は、水中に形成される粒に十分に強い水平方向の衝撃を与え、それによって粒がタンク内で下降する際に、最下位の水ノズルのすぐ上に位置する水ノズルの噴射領域に送られ、放物面状の水面若しくは撹拌渦の形成が最小限にされるようにするためである。これによって、粒は迅速に多量の水量で以て粉砕される。これによって、蒸気発生の危険性は避けられる。隣接し合う２つのノズル間の最適な周方向のずれは、主に金属自体及び水の回転速度に基づいており、実験によって算出することができる。複数の水ノズル間の周方向のずれは、５゜乃至４５゜、有利には１０゜乃至３５゜、特に１５゜乃至２５゜である。下降する粒の十分な水平方向の初期速度を維持するために、有利には、第２の水ノズル（９）は、第１の水ノズル（８）の下に垂直に配置されている。第１の水ノズル（８）と水流出部（６）とを十分に周方向で角度をずらして配置することによって、粒状化された金属が水流出部内に達することはない。金属の損失を避けるために、水流出部（６）を、ふるいによってカバーしてもよい。この粒状化装置の場合、第１の水ノズルと水流出部との間の角度のずれが少なくとも９０°であれば、有利であることが分かった。角度のずれは、特に有利には１８０°以上である。
【００３６】
第１の水ノズルとは別の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）の数は、所望の粒状化に合わせて設けられる。第１の水ノズルとは別の水ノズルの数は、２乃至１０個、特に６個設けられていれば、良好な結果が得られる。
【００３７】
本発明の特別な実施態様によれば、６個の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って分配配置されており、この場合、それぞれ最も深い位置にある水ノズルは水の回転方向で、１０°乃至２５°（特に１７°乃至２２°）だけ前方にずらされていて、第１の水ノズル（８）は、周方向でずらされずに、第２の水ノズル（９）の上に垂直に配置されており、この際に、第１の水ノズルと水流出部との間の角度のずれは、１８０°以上である。
【００３８】
水タンク内に接線方向に向けられたノズルは、分配管に管路を介して接続されており、該管路は、水タンクの外周面に設けられた分配管から、水ノズルのそれぞれの周方向位置までガイドされていて、水ノズルのそれぞれの周方向位置でタンク壁部を貫通してガイドされている。
【００３９】
水ノズルは、管路自体によって形成されていてよく、従って、管路の横断面に相応した円形のノズル開口を有している。またノズル開口は、有利には、水を幅の広い扇状の形で水タンクに供給する、縦長のスリット開口として又は楕円形の開口として構成されていてもよい。有利な形式で、第１の水ノズル（８）の開口は、生ぜしめられた扇形の水流が、第１のノズルの位置における水の放物面に対してほぼ平行に整列されるように、配置されている。このために、第１の水ノズル（８）の開口は、楕円形又はスリット状に構成されていて、第１の水ノズル（８）の長手方向軸線が、タンク壁に対してほぼ垂直に延在するように、整列されている。つまり、第１の水ノズル（８）の開口の長手方向軸線と、タンク壁の長手方向軸線とによって形成される角度が、約９０゜乃至１３５゜、特に約１００゜乃至１１０゜である。これとは異なり、第１の水ノズルとは別の水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）の開口は、有利な形式で、その長手方向軸線がタンク壁に対して平行に整列されている。
【００４０】
垂直な速度分布を調整するために、有利には、各ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）は、ノズル開口と分配管（７）との間に、水の質量流量を調節するための弁（１８）が配置されている。
【００４１】
水タンクの水の供給手段は、有利には循環システムとして構成されている。このために、水タンクの水流出部（６）は、戻し管路（１７）を介して、水ポンプ（１８）の吸込みスリーブに接続され、水ポンプ（１８）の接続管片は、供給管路（１９）を介して水流入装置（５）に水を供給し、それによって循環路を形成する。水流出部（６）は本発明によれば、水タンクの底部に取り付けられているのではなく、水タンクの底部（３）に対して高い位置に取り付けられており、有利には、遮断された状態で水タンクの底部（３）と水面との間の高さの少なくとも半分の位置、特に遮断された状態で水タンクの底部（３）と水面との間の高さの上半分の位置に取り付けられている。特に有利な実施態様によれば、水流出部（６）は、遮断された状態で水タンクの底部（３）と水面との間の高さの上１／３の位置に配置されている。水流出部（６）を水面に近い位置に配置することによって、最も強く加熱された水を確実に吸い込むことができる。また有利には、前述のように水タンクの水供給手段が循環システムとして構成されており、この場合、水が新たにタンクに供給される前に、最も強く加熱された水が吸い込まれ、特に有利には冷却される。冷却、つまり冷却媒体の供給は、パッシブな冷却又はアクティブな冷却によって行われる。冷却しようとする水は、有利には熱交換器によって冷却される。
【００４２】
しかしながら殆どの場合、水ポンプ（１８）を水タンク（２）に接続する、供給管路（１９）及び戻し管路（１７）は、管路若しくはチューブをパッシブに冷却するために、つまり周囲との熱交換を行うために、十分に長く構成されている。
【００４３】
本発明の別の有利な実施態様によれば、６つの水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として、周方向で同間隔を保ってずらして配置されている。この場合、それぞれ低い位置にある水ノズルが水の回転方向で、１０゜乃至２５゜（特に１７゜乃至２２゜）前方に向かってずらされていて、第１の水ノズル（８）が周方向でずらされずに、第２の水ノズル（９）の垂直上方に配置されており、第１の水ノズルと水流出部（６）との間の角度のずれが１８０゜以上であって、水流出部（６）が、遮断された状態で、水面と水タンクの底部（３）との間の高さの上１／３の位置に配置されている。本発明の特に有利な実施態様によれば、水ポンプ（１８）と水タンク（２）とを接続する供給管路（１９）と戻し管路（１７）とが、パッシブに冷却される程度、つまり周囲との熱交換が可能である程度に長く構成されている。
【００４４】
使用された水の品質は、飲料水の品質に相当するべきであり、従って使用される水として水道水が提供される。それ以外について、水に特別な要求が課されることはない。
【００４５】
以上述べた装置によれば、貴金属を、１０ｋｇ乃至５０ｋｇの少量の装入量で粒状化することができる。このために、水タンク（２）がまず水で満たされる。第１のノズル（８）は、水面の範囲内に配置されていて、水面内に噴射水流又は扇形の水流を生ぜしめる。次いで、水の部分量が旋回せしめられ、ポンプ（１８）及び少なくとも１つのノズル（８）によって、接線方向で水タンク（２）内に噴射されることによって、水がタンク内で回転せしめられ、この際に、水はタンク内で回転放物面（１６）の形になる。水の流入量を相応に調節することによって、水の回転速度が調節され、タンク壁部における水位（１５）がほぼ第１の水ノズル（８）の位置まで上昇し、第１の水ノズルによって供給された水量は、扇状の形で放物面に対して平行に噴射される。典型的な形式で、水の周速度は、タンク壁付近で約０．５乃至１０ｍ／ｓ（ｍ／毎秒）である。次いで溶融金属は、るつぼを傾けることによって連続的な流れで第１のノズルの水面に、るつぼが空になるまで流し込まれる。流し込み速度は、有利には１０乃至３０ｋｇ／ｍｉｎ（ｋｇ／分）である。この場合、溶融流が、第１の水ノズル（８）の水面上の、常にできるだけ同じ位置にぶつかるようにすることを考慮する必要がある。これは、有利な形式で、タンク壁部（４）のできるだけ近傍で行われる。溶融物の温度は、金属の溶融温度よりも１００℃乃至３００℃高い温度である。
【００４６】
有利な形式で、水は、１つの水ノズルだけによって水タンク内に噴射されるのではなく、水タンクの周囲に高さをずらして分配配置された複数のノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）によって噴射される。
【００４７】
粒状化開始前の水の温度は、１０乃至３０℃である。この方法のために使用された推量は、有利には、るつぼ内で粒状化される溶融金属の量の約５乃至５０倍である。このような関係によって、水が金属から水に伝達される熱によって過剰に加熱されないことが保証される。旋回供給される水の部分量は、水の全量が約０．５乃至５分で完全に１回転せしめられるように、設定される。
【００４８】
全金属溶融物が注ぎ込まれた後で、水の回転は停止され、タンク内の水は空にされるか又は汲み出され、形成された金属粒子はタンクから取り出される。
【００４９】
以上の方法によって、前記貴金属は、確実に、かつ安価に粒状化される。粒子の粒分布は、広範囲の使用必要条件に適合させることができる。
【００５０】
使用必要条件への適合は、溶融金属のための速度、タンク内の水の回転速度、及び特に水が第１の水ノズルによってタンクに供給される速度を選択することによって、得られる。供給された水の速度が高い場合、合金を製造する際の調量のために良好に適している、約０．５乃至５ｍｍの粒径を有する、ほぼ球形のコンパクトな粒子が得られる。これに対して、水の供給速度が低い場合、凸凹の表面を有する大きい粒子が供給される。このような大きい粒子は、例えば浸出プロセスによって、さらに処理されるべき場合に有利である。有利な形式で、第１の水ノズル（８）からの水の吐出速度は、所望の粒子化結果に応じて、５乃至１５ｍ／ｓである。
【００５１】
本発明を以下に図１乃至図４を用いて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】水流入装置、水流出部並びに分配管を備えた、金属溶融物を粒状化するための装置の側面図である。
【図２】水タンクの外周面に設けられた水ノズルを有する水タンクを上から見た図である。
【図３】垂直に配置された水ノズルを有する水タンクの、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】粒状化装置の水循環路を示す概略図である。
【００５３】
図１は、１〜５０ｋｇの貴金属を粒状化するための装置１を示す。水タンク２は、約３５０ｋｇの利用可能な水量を収容することができる。水タンク２は、水流入装置５を備えており、該水流入装置５は、水タンク２の外側に垂直に配置されていて、図示していない水ノズルによって水が供給される。この水ノズルは、タンク壁４を通って外にガイドされていて、水を水タンク２内に接線方向で注入することができる。水の連続的な循環を可能するために、第１の水ノズル８の下に水流出部６が配置されている。水流入装置と水流出部とは、流量を調整するためのそれぞれ１つの弁を有している。
【００５４】
図２は、上から水タンク２内を見た、粒状化装置１の平面図である。水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３及び１４）に水を供給するための管路が、水タンクの外側で水タンクの周囲を巡って水平にガイドされている。所望の周方向箇所において、管路はタンク壁４を貫通ガイドされていて、タンク壁に対して接線方向に配置されたノズル内に開口している。
【００５５】
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った、粒状化装置１の垂直断面図である。図３は、粒状化装置の運転中における放物面状の水面１６の構成を示す。タンク壁における水面の縁部１５は、水の流入速度によって、この縁部１５が最上部の水ノズル８まで達するか又は最上部の水ノズル８を越えて上昇するように、調節される。その他の水ノズルは、回転する水の垂直方向の速度分布を調節できるように、第１の水ノズルの下の種々異なる高さ位置に配置されている。
【００５６】
図４は、水ポンプ１８による、粒状化装置の前記水循環路を概略的に示す。水ポンプの吸込みスリーブは、水管１７を介して、水タンク２の水流出部６に接続されていて、前記水ポンプの吐出スリーブは、水管１９を介して水タンクの水流入装置５に水を供給する。
【００５７】
例
２５ｋｇの白金（Platin）を粒状化するために、直径８５ｃｍ、高さ８０ｃｍの貴金属より成る水タンクが使用された。図３に示されているように、水タンクは、最上部に水ノズル８及びその他６つの水ノズルを備えている。その他の６つの水ノズルは、上方から下方に、水の回転方向でそれぞれ互いに２０゜ずらして配置されている。
【００５８】
水タンクが、１０℃の温度の水道水３００リットルで満たされた。５０ｍ３／ｈ（毎時５０ｍ３）の吐出し量を有する水ポンプ１８がスイッチオンされることによって、タンク壁における水の上縁部が第１の水ノズル８の高さに達するまで、水を回転させた。次いで、溶融され、２０００℃に加熱された白金が、２０ｋｇ／ｍｉｎ（毎分２０ｋｇ）の供給率で、第１の水ノズル８によって生ぜしめられた扇形の水流内に注入された。粒状化は、蒸気が発生することなしに問題なく実行された。注入終了後に、水は汲み出され、白金粒子がタンクから取り出された。
【００５９】
比較例
２５ｋｇの白金を粒状化するために、直径８５ｃｍ、高さ８０ｃｍの貴金属より成る水タンクが使用された。水タンクが、機械式の攪拌機によって撹拌された。この攪拌機は、上から軸に沿って水タンク内に入れられ、攪拌機の撹拌部材が軸の下端部に固定され、外部モータによって駆動された。図３に示されているように、水タンクは最上部の水ノズル８を備えている。その他の水ノズルは設けられていない。
【００６０】
水タンクが、１０℃の水道水３００リットルで満たされた。攪拌機をスイッチオンすることによって水が撹拌され、タンク壁における水の上縁部が第１の水ノズル８の高さに達するまで、水を回転させ、ポンプ１８がスイッチオンされた。この際に、撹拌渦が発生した。次いで、溶融され、２０００℃に加熱された白金が、２０ｋｇ／ｍｉｎ（毎分２０ｋｇ）の供給率で、第１の水ノズル８によって生ぜしめられた扇形の水流内に注入され、この扇形の水流によって粉砕された。撹拌の際に、注入箇所の近傍で水タンクの底部に白金粒子が常に堆積した。この場合、音の大きい騒音を伴う蒸気が繰り返し発生し、水及び白金属が、水タンクから遠心分離された。注入終了後に、水が汲み出され、白金粒子が水タンクから取り出された。
【符号の説明】
【００６１】
１ 粒状化装置、 ２ 水タンク、 ３ タンク底部、 ４ タンク壁、 ５ 水流入装置、 ６ 水流出部、 ７ 分配管、 ８ 第１の水ノズル、 ９ 第２の水ノズル、 １５ 縁部、水位、 １６ 水面、 １７，１９ 水管、 １８ 水ポンプ、 １９ 供給管路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に溶融物を注ぎ込むことによって、溶融金属を粒状化するための手段に関する。
【０００２】
溶融金属又は溶融スラグを水によって粒状化するための、種々異なる装置及び方法が公知である。粒状化することによって、スラグ及び金属をさらに搬送し、かつ処理する作業が軽減される。金属を粒状化することは、その他の金属と共に合金を形成しようとする場合、特に有利である。このようにすれば、金属を正確に小分けすることができ、これは、金属が粒状化された形で存在していれば、容易である。
【０００３】
国際公開第０１／５５４６２号パンフレットによれば、粗銀を精製するための方法について開示されている。この場合、粗銀は硝酸によって処理される。処理は、粒状化された粗銀に実施される。このために、溶融粗銀は、水中で粒状化される。粒状化の過程の詳しい説明は省く。
【０００４】
国際公開第０３／１０６０１２号パンフレットには、溶融金属を粒状化するための方法及び装置について記載されている。有利には、溶融シリコンを粒状化するための方法が用いられる。溶融金属は、連続的な流れで注ぎ込まれる。溶融金属の連続的な流れは、低圧のガス噴流によって金属液滴に細分化され、流れる水を通して冷却され、次いで収集される。
【０００５】
ヨーロッパ特許公開第０５２２８４４号明細書によれば、溶融金属を粒状化するための方法について記載されている。この場合、溶融されたシリコン／マグネシウム合金が主に用いられる。溶融金属は、流し込み溝から水タンク内に落とされる。それによって、流し込まれた溶融金属の流れは細滴化され（液滴に細分化され）、固化され、粒を形成する。水タンク内では、ほぼ一様な水流が形成され、この水流は、溶融金属の流れに対して垂直に、水タンクの側壁から放出されている。水流の流速は、０．１ｍ／ｓよりも低い。
【０００６】
特許文献ＧＢ２３３７２０号明細書並びにＧＢ３１３６５２号明細書によれば、溶融された固形物を液体中で粒状化するための方法が記載されている。この公知の方法においては、液体は、タンクを回転させることによって又は機械的な撹拌機によって回転せしめられ、この際に、撹拌渦が発生する。溶融された固形物は、回転するプレート又は、撹拌渦の窪み内に配置された流れ分割手段によって細滴化され、側方へ遠心分離され、それによって溶融液滴は、側方の液体に向かってに遠心分離され、液体の底に向かって降下する。撹拌渦が発生することによって、溶融液滴を、回転運動させられない同量の水量におけるよりも高い水位において、より効果的な冷却を行うことができる。
【０００７】
発明の開示
本発明は、高価値の貴金属、例えば金、銀、プラチナ、パラジウム、ロジウム並びにこれらの貴金属同士の合金、又はこれらの貴金属とその他の金属との合金を粒状化するための手段に関する。このような金属又は合金は、様々な理由により、少量しか存在しないので、このような金属又は合金のために、回分式の粒状化しか行うことができない。一方、例えばスラグを粒状化するための公知の方法は、大量のスラグを連続的に粒状化する必要がある。さらにまた、実験によれば、溶融金属特に前記貴金属を粒状化する場合、水で満たされたタンク内に溶融金属を注入する際に、しばしば、蒸気及びタンク内の水が噴出することが分かった。その原因は、溶融金属中に多量の水が貯えられていること、及び機械式の撹拌機による混合が不十分であることにある。一方では、従来技術に従って、撹拌機自体によって撹拌される粒状化タンクでは、撹拌機がタンク底部の面の一部を占有しているので、このタンク底部の面の一部は、固化されているが依然として高温である金属粒子のために提供することができない。従ってタンクの縁部に金属が堆積することになる。さらにまた、タンク及び従来の撹拌機が回転する際に、顕著な撹拌渦が発生するが、水の流速は非常に低い、ということが分かった。この場合、勿論、水位が非常に高く、しかも溶融金属を冷却する必要性があるために、溶融金属は有利にはタンクの縁部領域に沿って流し込まれるので、固化してはいるが、まだ熱い金属粒子がタンクの縁部に沿って流れることになる。溶融物を注ぎ込む際に、溶融流は１箇所に残留するのではなく、流動性の金属が撹拌渦内に注ぎ込まれ、ここでまず不十分に冷却される。全体的に、このような状況は、常に熱い金属粒子の堆積を招き、この場合、水は粒状物の粒子間で蒸発するまで加熱されるので、高い騒音を伴う蒸気発生し、またタンク内の水が、一部は粒状物の粒子と共に噴出する。
【０００８】
発明の課題
そこで本発明の課題は、安価なコストで、目立った蒸気発生を伴うことなしに、貴金属を比較的少量で回分式に粒状化することができるような装置及び方法を提供することである。
【０００９】
発明の簡単な説明
この課題は、本発明によれば請求項に記載した装置及び方法によって解決された。本発明による装置及び方法の有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。以下に説明する。
【００１０】
１． 溶融金属を水中で粒状化するための装置であって、円形の水タンク（２）が設けられており、該水タンク（２）が、タンク底部（３）と、タンク壁（４）と、水流入装置（５）と、タンク底部（３）上の所望の高さ位置で前記タンク壁に設けられた水流出部（６）とを備えており、前記水流入装置（５）が分配管（７）を有していて、該分配管（７）が、水タンク（２）の外側に配置され、かつ水平方向に向けられた第１の水ノズル（８）に接続されており、該第１の水ノズル（８）が、前記水流出部（６）の上で外側からタンク壁部を貫通ガイドされていて、該第１の水ノズル（８）によって水が接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっており、第１の水ノズル（８）に対する、水タンク（２）の周面における水流出部（６）の位置は、第１の水ノズル（８）と水流出部（６）との間の角度のずれが９０゜となるように、選定されている。
【００１１】
２． 前記分配管（７）が、前記第１の水ノズル（８）の下に別の複数の水平な水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）を有しており、これらの水ノズルによって、水が、タンク底部（３）上の種々異なる高さ位置に分配されて、外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっている、項目１記載の装置。
【００１２】
３． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、水タンク（３）上の種々異なる高さ位置でタンク壁（４）の周壁に沿って分配配置されており、これらの水ノズルが、水を外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射するようになっている、項目１又は２記載の装置。
【００１３】
４． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、タンク底部（３）と第１の水ノズル（８）との間で同じ高さ位置に分配配置されている、項目１から３までのいずれか１つに記載の装置。
【００１４】
５． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って周面に分配配置されている、項目１から４までのいずれか１つに記載の装置。
【００１５】
６． 第１の水ノズル（８）の隣に、該第１の水ノズルとは別の水ノズルが２つ乃至１０個設けられている、項目１から５までのいずれか１つに記載の装置。
【００１６】
７． 第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、それぞれ周方向で５゜乃至４５゜、有利には１０゜乃至３５゜、特に１５゜乃至２５゜の同間隔を保って、周面に互いにずらして配置されている、項目１から６までのいずれか１つに記載の装置。
【００１７】
８． 第１の水ノズル（８）が水面の領域に位置していて、水面中に位置する噴射水流又は扇形の水流を生ぜしめる、項目１から７までのいずれか１つに記載の装置。
【００１８】
９． 第２の水ノズル（９）が、第１の水ノズル（８）の下に垂直に配置されている、項目１から８までのいずれか１つに記載の装置。
【００１９】
１０． 前記水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）が、縦長の楕円形の開口又はスリットによって形成されており、水が幅の広い扇形で水タンク（２）に供給される、項目１から９までのいずれか１つに記載の装置。
【００２０】
１１． 第１の水ノズル（８）の開口の長手方向軸線とタンク壁の長手方向軸線とによって形成される角度が、約９０゜乃至１３５゜、特に約１００゜乃至１１０゜である、項目１から１０までのいずれか１つに記載の装置。
【００２１】
１２． 第１の水ノズル（８）の開口は、生ぜしめられた扇形の水流が水タンク（２）内で回転する水の放物面状の表面に対してほぼ平行に、第１の水ノズルの位置に整列され、第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）の開口が長手方向で、タンク壁（４）に対して平行に整列されている、項目１から１１までのいずれか１つに記載の装置。
【００２２】
１３． 各ノズルの、分配管（７）とノズル開口との間に、水の質量流量を調節するためのそれぞれ１つの弁（１８）が対応配置されている、項目１から１２までのいずれか１つに記載の装置。
【００２３】
１４． 水タンク（２）の水流出部（６）が戻し管路（１７）を介して、水ポンプ（１８）の吸込みスリーブに接続されていて、水ポンプ（１８）の吐出しスリーブが供給管路（１９）を介して、水流入装置（５）に水を供給するようになっていることによって、溶融金属を粒状化するための水が循環供給される、項目１から１３までのいずれか１つに記載の装置。
【００２４】
１５． 水流出部（６）が、遮断された状態で、水面と水タンクの底部（３）との間の高さの少なくとも半分の位置、有利には上半分の位置、特に上１／３の位置に配置されている、項目１から１４までのいずれか１つに記載の装置。
【００２５】
１６． 水が、水タンクに新たに供給される前に、吸い取られ、冷却される、項目から１５までのいずれか１つに記載の装置。
【００２６】
１７． 項目１から１６までのいずれか１項記載の装置内で溶融金属を粒状化するための方法において、
円形の水タンク（２）に水を充填し、水の一部を循環供給し、水を、水タンクの周面及び高さ位置に分配して、少なくとも１つの水ノズル（８）によって接線方向で水タンク内に噴射することによって、タンク内で水を回転させ、回転せしめられた水が放物面状に形成された水面（１６）を形成するようにし、少なくとも１つの水ノズル（８）を、水が前記放物面状の水面（１６）の近傍において幅の広い扇の水流で水タンクに供給されるように、容器壁部に固定し、溶融金属がるつぼから、るつぼが空になるまで第１の水ノズルによって形成された扇形の水流に連続的な流れで注入されるようにすることを特徴とする、溶融金属を粒状化するための方法。
【００２７】
１８． 前記方法のために使用する水量を、るつぼ内の粒状化される溶融金属の量の約５乃至５０倍とする、項目１７記載の方法。
【００２８】
１９． 水タンク（２）内の全水量が、約０．５分〜５分で完全に１回転するように、水の部分量を円状に供給する、項目１７又は１８記載の方法。
【００２９】
２０． 第１のノズル（８）からの水の流出速度を０．５ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓとなるようにする、項目１７から１９までのいずれか１つに記載の方法。
【００３０】
２１． 粒状化開始前の水温を、１０℃〜３０℃となるようにする、項目１７から２０までのいずれか１つに記載の方法。
【００３１】
２２． 項目１から１６までのいずれか１つに記載の装置を、貴金属を粒状化するために使用することを特徴とする、使用法。
【００３２】
発明の詳細な説明
本発明は、溶融金属を水中で粒状化するための装置であって、円形の水タンク（２）が設けられており、該水タンク（２）が、タンク底部（３）と、タンク壁（４）と、水流入装置（５）と、タンク底部（３）上の所望の高さ位置で前記タンク壁に設けられた水流出部（６）とを備えており、前記水流入装置（５）が分配管（７）を有していて、該分配管（７）が、水タンク（２）の外側に配置され、かつ水平方向に向けられた第１の水ノズル（８）に接続されており、該第１の水ノズル（８）が、前記水流出部（６）の上で外側からタンク壁部を貫通ガイドされていて、該第１の水ノズル（８）によって水が接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっており、第１の水ノズル（８）に対する、水タンク（２）の周面における水流出部（６）の位置は、第１の水ノズル（８）と水流出部（６）との間の角度のずれが９０゜、有利には１８０°以上となるように、選定されている形式のものに関する。
【００３３】
運転中に、タンクは水で満たされ、この水は、接線方向で噴射されて回転せしめられ、それによって水の表面が回転放物面を形成する。溶融金属は、粒状化するために、るつぼから、第１のノズルによって形成された円錐形水流又は扇形水流内に注ぎ込まれる。この際に発生した回転放物面は、一般的に、機械的な撹拌機を備えた装置において発生する顕著な撹拌渦よりも弱いので、溶融金属の流れに動きが加えられただけでも、溶融金属の流れの確実な粉砕、及び発生した粒の確実な分割が得られる。第１のノズル（８）は、水面の領域内に位置していて、水面内に噴射水流又は扇形水流を生ぜしめる。
【００３４】
有利な形式で、分配管（７）は、前記第１の水ノズル（８）の下に別の水平な複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）を有しており、これらの水ノズルによって、水が、タンク底部（３）上の種々異なる高さ位置に分配されて、外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっている。これらの追加的な水ノズルは、水タンク内の水に回転運動を与え、回転する水の半径方向の速度分布に対して追加的に、垂直な速度分布を生ぜしめるために役立つ。
【００３５】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）は、タンク底部と第１の水ノズル（８）との間に、不均一に分配することができる。また、第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）がすべて、互いに垂直上下に配置されているのではなく、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って、水タンクの周囲に分配配置されていれば、有利である。この場合、それぞれ最も低い位置にある水ノズルが、水の回転方向で前方にずらされる。その理由は、水中に形成される粒に十分に強い水平方向の衝撃を与え、それによって粒がタンク内で下降する際に、最下位の水ノズルのすぐ上に位置する水ノズルの噴射領域に送られ、放物面状の水面若しくは撹拌渦の形成が最小限にされるようにするためである。これによって、粒は迅速に多量の水量で以て粉砕される。これによって、蒸気発生の危険性は避けられる。隣接し合う２つのノズル間の最適な周方向のずれは、主に金属自体及び水の回転速度に基づいており、実験によって算出することができる。複数の水ノズル間の周方向のずれは、５゜乃至４５゜、有利には１０゜乃至３５゜、特に１５゜乃至２５゜である。下降する粒の十分な水平方向の初期速度を維持するために、有利には、第２の水ノズル（９）は、第１の水ノズル（８）の下に垂直に配置されている。第１の水ノズル（８）と水流出部（６）とを十分に周方向で角度をずらして配置することによって、粒状化された金属が水流出部内に達することはない。金属の損失を避けるために、水流出部（６）を、ふるいによってカバーしてもよい。この粒状化装置の場合、第１の水ノズルと水流出部との間の角度のずれが少なくとも９０°であれば、有利であることが分かった。角度のずれは、特に有利には１８０°以上である。
【００３６】
第１の水ノズルとは別の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）の数は、所望の粒状化に合わせて設けられる。第１の水ノズルとは別の水ノズルの数は、２乃至１０個、特に６個設けられていれば、良好な結果が得られる。
【００３７】
本発明の特別な実施態様によれば、６個の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って分配配置されており、この場合、それぞれ最も深い位置にある水ノズルは水の回転方向で、１０°乃至２５°（特に１７°乃至２２°）だけ前方にずらされていて、第１の水ノズル（８）は、周方向でずらされずに、第２の水ノズル（９）の上に垂直に配置されており、この際に、第１の水ノズルと水流出部との間の角度のずれは、１８０°以上である。
【００３８】
水タンク内に接線方向に向けられたノズルは、分配管に管路を介して接続されており、該管路は、水タンクの外周面に設けられた分配管から、水ノズルのそれぞれの周方向位置までガイドされていて、水ノズルのそれぞれの周方向位置でタンク壁部を貫通してガイドされている。
【００３９】
水ノズルは、管路自体によって形成されていてよく、従って、管路の横断面に相応した円形のノズル開口を有している。またノズル開口は、有利には、水を幅の広い扇状の形で水タンクに供給する、縦長のスリット開口として又は楕円形の開口として構成されていてもよい。有利な形式で、第１の水ノズル（８）の開口は、生ぜしめられた扇形の水流が、第１のノズルの位置における水の放物面に対してほぼ平行に整列されるように、配置されている。このために、第１の水ノズル（８）の開口は、楕円形又はスリット状に構成されていて、第１の水ノズル（８）の長手方向軸線が、タンク壁に対してほぼ垂直に延在するように、整列されている。つまり、第１の水ノズル（８）の開口の長手方向軸線と、タンク壁の長手方向軸線とによって形成される角度が、約９０゜乃至１３５゜、特に約１００゜乃至１１０゜である。これとは異なり、第１の水ノズルとは別の水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）の開口は、有利な形式で、その長手方向軸線がタンク壁に対して平行に整列されている。
【００４０】
垂直な速度分布を調整するために、有利には、各ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）は、ノズル開口と分配管（７）との間に、水の質量流量を調節するための弁（１８）が配置されている。
【００４１】
水タンクの水の供給手段は、有利には循環システムとして構成されている。このために、水タンクの水流出部（６）は、戻し管路（１７）を介して、水ポンプ（１８）の吸込みスリーブに接続され、水ポンプ（１８）の接続管片は、供給管路（１９）を介して水流入装置（５）に水を供給し、それによって循環路を形成する。水流出部（６）は本発明によれば、水タンクの底部に取り付けられているのではなく、水タンクの底部（３）に対して高い位置に取り付けられており、有利には、遮断された状態で水タンクの底部（３）と水面との間の高さの少なくとも半分の位置、特に遮断された状態で水タンクの底部（３）と水面との間の高さの上半分の位置に取り付けられている。特に有利な実施態様によれば、水流出部（６）は、遮断された状態で水タンクの底部（３）と水面との間の高さの上１／３の位置に配置されている。水流出部（６）を水面に近い位置に配置することによって、最も強く加熱された水を確実に吸い込むことができる。また有利には、前述のように水タンクの水供給手段が循環システムとして構成されており、この場合、水が新たにタンクに供給される前に、最も強く加熱された水が吸い込まれ、特に有利には冷却される。冷却、つまり冷却媒体の供給は、パッシブな冷却又はアクティブな冷却によって行われる。冷却しようとする水は、有利には熱交換器によって冷却される。
【００４２】
しかしながら殆どの場合、水ポンプ（１８）を水タンク（２）に接続する、供給管路（１９）及び戻し管路（１７）は、管路若しくはチューブをパッシブに冷却するために、つまり周囲との熱交換を行うために、十分に長く構成されている。
【００４３】
本発明の別の有利な実施態様によれば、６つの水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として、周方向で同間隔を保ってずらして配置されている。この場合、それぞれ低い位置にある水ノズルが水の回転方向で、１０゜乃至２５゜（特に１７゜乃至２２゜）前方に向かってずらされていて、第１の水ノズル（８）が周方向でずらされずに、第２の水ノズル（９）の垂直上方に配置されており、第１の水ノズルと水流出部（６）との間の角度のずれが１８０゜以上であって、水流出部（６）が、遮断された状態で、水面と水タンクの底部（３）との間の高さの上１／３の位置に配置されている。本発明の特に有利な実施態様によれば、水ポンプ（１８）と水タンク（２）とを接続する供給管路（１９）と戻し管路（１７）とが、パッシブに冷却される程度、つまり周囲との熱交換が可能である程度に長く構成されている。
【００４４】
使用された水の品質は、飲料水の品質に相当するべきであり、従って使用される水として水道水が提供される。それ以外について、水に特別な要求が課されることはない。
【００４５】
以上述べた装置によれば、貴金属を、１０ｋｇ乃至５０ｋｇの少量の装入量で粒状化することができる。このために、水タンク（２）がまず水で満たされる。第１のノズル（８）は、水面の範囲内に配置されていて、水面内に噴射水流又は扇形の水流を生ぜしめる。次いで、水の部分量が旋回せしめられ、ポンプ（１８）及び少なくとも１つのノズル（８）によって、接線方向で水タンク（２）内に噴射されることによって、水がタンク内で回転せしめられ、この際に、水はタンク内で回転放物面（１６）の形になる。水の流入量を相応に調節することによって、水の回転速度が調節され、タンク壁部における水位（１５）がほぼ第１の水ノズル（８）の位置まで上昇し、第１の水ノズルによって供給された水量は、扇状の形で放物面に対して平行に噴射される。典型的な形式で、水の周速度は、タンク壁付近で約０．５乃至１０ｍ／ｓ（ｍ／毎秒）である。次いで溶融金属は、るつぼを傾けることによって連続的な流れで第１のノズルの水面に、るつぼが空になるまで流し込まれる。流し込み速度は、有利には１０乃至３０ｋｇ／ｍｉｎ（ｋｇ／分）である。この場合、溶融流が、第１の水ノズル（８）の水面上の、常にできるだけ同じ位置にぶつかるようにすることを考慮する必要がある。これは、有利な形式で、タンク壁部（４）のできるだけ近傍で行われる。溶融物の温度は、金属の溶融温度よりも１００℃乃至３００℃高い温度である。
【００４６】
有利な形式で、水は、１つの水ノズルだけによって水タンク内に噴射されるのではなく、水タンクの周囲に高さをずらして分配配置された複数のノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）によって噴射される。
【００４７】
粒状化開始前の水の温度は、１０乃至３０℃である。この方法のために使用された推量は、有利には、るつぼ内で粒状化される溶融金属の量の約５乃至５０倍である。このような関係によって、水が金属から水に伝達される熱によって過剰に加熱されないことが保証される。旋回供給される水の部分量は、水の全量が約０．５乃至５分で完全に１回転せしめられるように、設定される。
【００４８】
全金属溶融物が注ぎ込まれた後で、水の回転は停止され、タンク内の水は空にされるか又は汲み出され、形成された金属粒子はタンクから取り出される。
【００４９】
以上の方法によって、前記貴金属は、確実に、かつ安価に粒状化される。粒子の粒分布は、広範囲の使用必要条件に適合させることができる。
【００５０】
使用必要条件への適合は、溶融金属のための速度、タンク内の水の回転速度、及び特に水が第１の水ノズルによってタンクに供給される速度を選択することによって、得られる。供給された水の速度が高い場合、合金を製造する際の調量のために良好に適している、約０．５乃至５ｍｍの粒径を有する、ほぼ球形のコンパクトな粒子が得られる。これに対して、水の供給速度が低い場合、凸凹の表面を有する大きい粒子が供給される。このような大きい粒子は、例えば浸出プロセスによって、さらに処理されるべき場合に有利である。有利な形式で、第１の水ノズル（８）からの水の吐出速度は、所望の粒子化結果に応じて、５乃至１５ｍ／ｓである。
【００５１】
本発明を以下に図１乃至図４を用いて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】水流入装置、水流出部並びに分配管を備えた、金属溶融物を粒状化するための装置の側面図である。
【図２】水タンクの外周面に設けられた水ノズルを有する水タンクを上から見た図である。
【図３】垂直に配置された水ノズルを有する水タンクの、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】粒状化装置の水循環路を示す概略図である。
【００５３】
図１は、１〜５０ｋｇの貴金属を粒状化するための装置１を示す。水タンク２は、約３５０ｋｇの利用可能な水量を収容することができる。水タンク２は、水流入装置５を備えており、該水流入装置５は、水タンク２の外側に垂直に配置されていて、図示していない水ノズルによって水が供給される。この水ノズルは、タンク壁４を通って外にガイドされていて、水を水タンク２内に接線方向で注入することができる。水の連続的な循環を可能するために、第１の水ノズル８の下に水流出部６が配置されている。水流入装置と水流出部とは、流量を調整するためのそれぞれ１つの弁を有している。
【００５４】
図２は、上から水タンク２内を見た、粒状化装置１の平面図である。水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３及び１４）に水を供給するための管路が、水タンクの外側で水タンクの周囲を巡って水平にガイドされている。所望の周方向箇所において、管路はタンク壁４を貫通ガイドされていて、タンク壁に対して接線方向に配置されたノズル内に開口している。
【００５５】
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った、粒状化装置１の垂直断面図である。図３は、粒状化装置の運転中における放物面状の水面１６の構成を示す。タンク壁における水面の縁部１５は、水の流入速度によって、この縁部１５が最上部の水ノズル８まで達するか又は最上部の水ノズル８を越えて上昇するように、調節される。その他の水ノズルは、回転する水の垂直方向の速度分布を調節できるように、第１の水ノズルの下の種々異なる高さ位置に配置されている。
【００５６】
図４は、水ポンプ１８による、粒状化装置の前記水循環路を概略的に示す。水ポンプの吸込みスリーブは、水管１７を介して、水タンク２の水流出部６に接続されていて、前記水ポンプの吐出スリーブは、水管１９を介して水タンクの水流入装置５に水を供給する。
【００５７】
例
２５ｋｇの白金（Platin）を粒状化するために、直径８５ｃｍ、高さ８０ｃｍの貴金属より成る水タンクが使用された。図３に示されているように、水タンクは、最上部に水ノズル８及びその他６つの水ノズルを備えている。その他の６つの水ノズルは、上方から下方に、水の回転方向でそれぞれ互いに２０゜ずらして配置されている。
【００５８】
水タンクが、１０℃の温度の水道水３００リットルで満たされた。５０ｍ３／ｈ（毎時５０ｍ３）の吐出し量を有する水ポンプ１８がスイッチオンされることによって、タンク壁における水の上縁部が第１の水ノズル８の高さに達するまで、水を回転させた。次いで、溶融され、２０００℃に加熱された白金が、２０ｋｇ／ｍｉｎ（毎分２０ｋｇ）の供給率で、第１の水ノズル８によって生ぜしめられた扇形の水流内に注入された。粒状化は、蒸気が発生することなしに問題なく実行された。注入終了後に、水は汲み出され、白金粒子がタンクから取り出された。
【００５９】
比較例
２５ｋｇの白金を粒状化するために、直径８５ｃｍ、高さ８０ｃｍの貴金属より成る水タンクが使用された。水タンクが、機械式の攪拌機によって撹拌された。この攪拌機は、上から軸に沿って水タンク内に入れられ、攪拌機の撹拌部材が軸の下端部に固定され、外部モータによって駆動された。図３に示されているように、水タンクは最上部の水ノズル８を備えている。その他の水ノズルは設けられていない。
【００６０】
水タンクが、１０℃の水道水３００リットルで満たされた。攪拌機をスイッチオンすることによって水が撹拌され、タンク壁における水の上縁部が第１の水ノズル８の高さに達するまで、水を回転させ、ポンプ１８がスイッチオンされた。この際に、撹拌渦が発生した。次いで、溶融され、２０００℃に加熱された白金が、２０ｋｇ／ｍｉｎ（毎分２０ｋｇ）の供給率で、第１の水ノズル８によって生ぜしめられた扇形の水流内に注入され、この扇形の水流によって粉砕された。撹拌の際に、注入箇所の近傍で水タンクの底部に白金粒子が常に堆積した。この場合、音の大きい騒音を伴う蒸気が繰り返し発生し、水及び白金属が、水タンクから遠心分離された。注入終了後に、水が汲み出され、白金粒子が水タンクから取り出された。
【符号の説明】
【００６１】
１ 粒状化装置、 ２ 水タンク、 ３ タンク底部、 ４ タンク壁、 ５ 水流入装置、 ６ 水流出部、 ７ 分配管、 ８ 第１の水ノズル、 ９ 第２の水ノズル、 １５ 縁部、水位、 １６ 水面、 １７，１９ 水管、 １８ 水ポンプ、 １９ 供給管路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を水中で粒状化するための装置であって、円形の水タンク（２）が設けられており、該水タンク（２）が、タンク底部（３）と、タンク壁（４）と、水流入装置（５）と、タンク底部（３）上の所望の高さ位置で前記タンク壁に設けられた水流出部（６）とを備えており、前記水流入装置（５）が分配管（７）を有していて、該分配管（７）が、水タンク（２）の外側に配置され、かつ水平方向に向けられた第１の水ノズル（８）に接続されており、該第１の水ノズル（８）が、前記水流出部（６）の上で外側からタンク壁部を貫通ガイドされていて、該第１の水ノズル（８）によって水が接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっており、第１の水ノズル（８）に対する、水タンク（２）の周面における水流出部（６）の位置は、第１の水ノズル（８）と水流出部（６）との間の角度のずれが９０゜となるように、選定されている形式のものにおいて、
前記分配管（７）が、前記第１の水ノズル（８）の下に別の複数の水平な水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）を有しており、これらの水ノズルによって、水が、タンク底部（３）上の種々異なる高さ位置に分配されて、外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっていることを特徴とする、溶融金属を粒状化するための装置。
【請求項２】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、水タンク（３）上の種々異なる高さ位置でタンク壁（４）の周壁に沿って分配配置されており、これらの水ノズルが、水を外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射するようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って周面に分配配置されている、請求項２記載の装置。
【請求項４】
第１の水ノズル（８）の隣に、該第１の水ノズルとは別の水ノズルが２乃至１０個設けられている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、それぞれ周方向で５゜乃至４５゜、有利には１０゜乃至３５゜、特に１５゜乃至２５゜の同間隔を保って、周面に互いにずらして配置されている、請求項３記載の装置。
【請求項６】
第２の水ノズル（９）が、第１の水ノズル（８）の垂直下方に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）のノズル開口が、縦長の楕円形の開口又はスリットによって形成されており、水が幅の広い扇形で水タンク（２）に供給される、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
第１の水ノズル（８）の開口の長手方向軸線とタンク壁の長手方向軸線とによって形成される角度が、約９０゜乃至１３５゜、特に約１００゜乃至１１０゜である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
第１の水ノズル（８）の開口は、生ぜしめられた扇形の水流が水タンク（２）内で回転する水の放物面に対してほぼ平行に、第１の水ノズルの位置に整列され、第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）の開口が長手方向で、タンク壁（４）に対して平行に整列されている、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
水タンク（２）の水流出部（６）が戻し管路（１７）を介して、水ポンプ（１８）の吸込みスリーブに接続されていて、水ポンプ（１８）の吐出しスリーブが供給管路（１９）を介して、水流入装置（５）に水を供給するようになっていることによって、溶融金属を粒状化するための水が循環供給される、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
水流出部（６）が、遮断された状態で、水面と水タンクの底部（３）との間の高さの少なくとも半分の位置、有利には上半分の位置、特に上１／３の位置に配置されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
水が、水タンクに新たに供給される前に、吸い取られ、冷却される、請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置内で溶融金属を粒状化するための方法において、
円形の水タンク（２）に水を充填し、水の一部を循環供給し、水を、水タンクの周面及び高さ位置に分配して、少なくとも１つの水ノズル（８）によって接線方向で水タンク内に噴射することによって、タンク内で水を回転させ、回転せしめられた水が放物面状に形成された水面（１６）を形成するようにし、少なくとも１つの水ノズル（８）を、水が前記放物面状の水面（１６）の近傍において幅の広い扇の水流で水タンクに供給されるように、容器壁部に固定し、溶融金属がるつぼから、該るつぼが空になるまで第１の水ノズルによって形成された扇形の水流に連続的な流れで注入されるようにすることを特徴とする、溶融金属を粒状化するための方法。
【請求項１４】
前記方法のために使用する水量を、るつぼ内の粒状化される溶融金属の量の約５倍乃至５０倍とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置を、貴金属を粒状化するために使用することを特徴とする、使用法。
【請求項１】
溶融金属を水中で粒状化するための装置であって、円形の水タンク（２）が設けられており、該水タンク（２）が、タンク底部（３）と、タンク壁（４）と、水流入装置（５）と、タンク底部（３）上の所望の高さ位置で前記タンク壁に設けられた水流出部（６）とを備えており、前記水流入装置（５）が分配管（７）を有していて、該分配管（７）が、水タンク（２）の外側に配置され、かつ水平方向に向けられた第１の水ノズル（８）に接続されており、該第１の水ノズル（８）が、前記水流出部（６）の上で外側からタンク壁部を貫通ガイドされていて、該第１の水ノズル（８）によって水が接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっており、第１の水ノズル（８）に対する、水タンク（２）の周面における水流出部（６）の位置は、第１の水ノズル（８）と水流出部（６）との間の角度のずれが９０゜となるように、選定されている形式のものにおいて、
前記分配管（７）が、前記第１の水ノズル（８）の下に別の複数の水平な水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）を有しており、これらの水ノズルによって、水が、タンク底部（３）上の種々異なる高さ位置に分配されて、外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射されるようになっていることを特徴とする、溶融金属を粒状化するための装置。
【請求項２】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、水タンク（３）上の種々異なる高さ位置でタンク壁（４）の周壁に沿って分配配置されており、これらの水ノズルが、水を外部から接線方向で水タンク（２）内に噴射するようになっている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、第１の水ノズル（８）の周方向位置を基点として周方向で同間隔を保って周面に分配配置されている、請求項２記載の装置。
【請求項４】
第１の水ノズル（８）の隣に、該第１の水ノズルとは別の水ノズルが２乃至１０個設けられている、請求項３記載の装置。
【請求項５】
第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）が、それぞれ周方向で５゜乃至４５゜、有利には１０゜乃至３５゜、特に１５゜乃至２５゜の同間隔を保って、周面に互いにずらして配置されている、請求項３記載の装置。
【請求項６】
第２の水ノズル（９）が、第１の水ノズル（８）の垂直下方に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記水ノズル（８，９，１０，１１，１２，１３，１４）のノズル開口が、縦長の楕円形の開口又はスリットによって形成されており、水が幅の広い扇形で水タンク（２）に供給される、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
第１の水ノズル（８）の開口の長手方向軸線とタンク壁の長手方向軸線とによって形成される角度が、約９０゜乃至１３５゜、特に約１００゜乃至１１０゜である、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
第１の水ノズル（８）の開口は、生ぜしめられた扇形の水流が水タンク（２）内で回転する水の放物面に対してほぼ平行に、第１の水ノズルの位置に整列され、第１の水ノズル（８）とは別の複数の水ノズル（９，１０，１１，１２，１３，１４）の開口が長手方向で、タンク壁（４）に対して平行に整列されている、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
水タンク（２）の水流出部（６）が戻し管路（１７）を介して、水ポンプ（１８）の吸込みスリーブに接続されていて、水ポンプ（１８）の吐出しスリーブが供給管路（１９）を介して、水流入装置（５）に水を供給するようになっていることによって、溶融金属を粒状化するための水が循環供給される、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
水流出部（６）が、遮断された状態で、水面と水タンクの底部（３）との間の高さの少なくとも半分の位置、有利には上半分の位置、特に上１／３の位置に配置されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
水が、水タンクに新たに供給される前に、吸い取られ、冷却される、請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置内で溶融金属を粒状化するための方法において、
円形の水タンク（２）に水を充填し、水の一部を循環供給し、水を、水タンクの周面及び高さ位置に分配して、少なくとも１つの水ノズル（８）によって接線方向で水タンク内に噴射することによって、タンク内で水を回転させ、回転せしめられた水が放物面状に形成された水面（１６）を形成するようにし、少なくとも１つの水ノズル（８）を、水が前記放物面状の水面（１６）の近傍において幅の広い扇の水流で水タンクに供給されるように、容器壁部に固定し、溶融金属がるつぼから、該るつぼが空になるまで第１の水ノズルによって形成された扇形の水流に連続的な流れで注入されるようにすることを特徴とする、溶融金属を粒状化するための方法。
【請求項１４】
前記方法のために使用する水量を、るつぼ内の粒状化される溶融金属の量の約５倍乃至５０倍とする、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置を、貴金属を粒状化するために使用することを特徴とする、使用法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１２−５０７６３３（Ｐ２０１２−５０７６３３Ａ）
【公表日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３５０３３（Ｐ２０１１−５３５０３３）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００７７３４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５１９３６
【国際公開日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５０１３９９５００）ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト (139)
【氏名又は名称原語表記】Ｕｍｉｃｏｒｅ ＡＧ ＆ Ｃｏ．ＫＧ
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｄｅｎｂａｃｈｅｒ Ｃｈａｕｓｓｅｅ ４，Ｄ−６３４５７ Ｈａｎａｕ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／００７７３４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５１９３６
【国際公開日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（５０１３９９５００）ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト (139)
【氏名又は名称原語表記】Ｕｍｉｃｏｒｅ ＡＧ ＆ Ｃｏ．ＫＧ
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｄｅｎｂａｃｈｅｒ Ｃｈａｕｓｓｅｅ ４，Ｄ−６３４５７ Ｈａｎａｕ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]