JP4091082B2 - 乾式分離方法、及び乾式分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、乾式分離方法、及び乾式分離装置に関する。

種々の素材から構成される工業製品、鉱物資源、さらには、産業廃棄物等においては、種々の異なる成分を含んでいる。このような成分毎の分離は、鉱物資源の精製、資源のリサイクル等を行なう上で必要である。

現在までのところ、分離方法としては主として、湿式分離法及び乾式分離法が知られている。

例えば、乾式分離法として、流動化媒体となる粉体に気体を吹き付けて流動層を形成し、個麻流動層内に石炭粒子を投入して流動層の見かけ密度より小さい密度の石炭粒子を浮揚させ、大きい密度の石炭粒子を沈降させて分離するようにした乾式石炭分離方法が知られている(特開2000‐61398)。
特開2000‐61398

しかしながら、上記乾式分離法は、装置コストが高く、効率も低いなどの問題がある。加えて、湿式分離法においては、廃液処理による環境汚染の問題や、水資源の少ないところでは利用できず、また、廃液処理や分離後の乾燥工程を必要とするなどの問題を抱えている。

また、目的成分以外に、分離対象物中に不純物を含んでいる場合が殆どである。しかし、当該不純物を除去しつつ、連続的に目的成分を回収する方法はこれまで知られていない。

そこで、本発明は、連続的に分離対象物を分離することが可能であり、かつ、低コストで、環境に優しい乾式分離方法を提供することにある。

発明者らは、粉体を流動化させた固気流動層が密度や粘度などの特性を有する液体に類似した性質を持つことに着目し、特に、流動化状態中の種々の密度を有する物体の挙動について検討した結果、本発明の乾式分離方法を見出すに至った。

すなわち、本発明の乾式分離方法は、粉体を流動化させた固気流動層を利用して分離対象物を分離する乾式分離方法であって、前記固気流動層を構成する成分を投入し、次いで前記分離対象物を投入し、その後前記固気流動層を構成する成分を投入することにより、前記固気流動層を構成する成分の間へ前記分離対象物を投入することを特徴とする。

また、本発明の乾式分離方法の好ましい実施態様において、前記固気流動層の見かけ密度より大きい密度を有する前記分離対象物を精製する場合に、前記分離対象物の投入初期位置を、前記流動層の中間点から上側に設定することを特徴とする。

また、本発明の乾式分離方法の好ましい実施態様において、前記固気流動層の見かけ密度より小さい密度を有する前記分離対象物を精製する場合に、前記分離対象物の投入初期位置を、前記流動層の中間点から下側に設定することを特徴とする。

また、本発明の乾式分離方法の好ましい実施態様において、前記分離対象物を投入後、浮揚した分離対象物及び沈降した分離対象物を回収することを特徴とする。

また、本発明の乾式分離方法の好ましい実施態様において、固気流動層の見掛け密度を、分離しようとする分離対象物中の各成分の最大密度と最小密度との間に設定することを特徴とする。

また、本発明の乾式分離方法の好ましい実施態様において、粉体が、ユニビーズ、ガラスビーズ、ジルコンサンド、ポリスチレン粒子、スチールショット、砂及びこれらと同程度の密度を有する粉体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。

また、本発明の乾式分離方法の好ましい実施態様において、分離対象物が、廃棄物、鉱物、農作物、プラスチック、金属、鋳物製品を含むことを特徴とする。

また、本発明の乾式分離装置は、複数の粉体を投入する粉体投入手段と、前記複数の粉体投入手段により粉体が投入されることによって形成される固気流動層と、分離対象物を投入する対象物投入手段と、前記分離対象物が前記固気流動層によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記分離対象物が固気流動層によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを備え、前記第一及び第二の回収手段が、固気流動層内に入り込まないように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の乾式分離装置の好ましい実施態様において、前記第一及び第二の回収手段が、吸引機構によるものであることを特徴とする。

本発明によれば、装置コストが安価で、効率が高く、廃液処理や分離後の乾燥工程が不用であって、環境への影響もほとんどないという有利な効果を奏する。

また、本発明によれば、いわゆる乾式分離であるため、水資源の少ないところでも利用することができる。

本発明によれば、プラスチックの回収に際してロータを分離槽内で回転させ、沈降した粒子を掻き上げて排出するようにできるので、簡単な機構で連続分離選別を自動的に行なうことができる。

本発明の分離の原理について説明すると、以下のようになる。すなわち、粉体を流動化させ、液体系の比重選別と同様な粉体流動化媒体、言い換えれば固気流動層を利用して分離対象物を主としてその密度によって、分離するものである。本発明においては、これに加えて、分離対象物を固気流動層の間へ投入することも特徴の一つである。従来のように固気流動層の上部へ投入するのではなく、固気流動層の間へ投入することにより、分離対象物のより正確な分離が可能であるという利点を有する。ここで、固気流動層とは、粉体を流動化させて液体に類似した性質を持つものを意図する。

まず、固気流動層による分離の概念を以下に説明する。粉体に気体を送り浮遊流動化させた場合、粉体からなる流動層は、液体と同様の挙動を示す。従って、流動層の見掛け密度ρfbは下記の式で表される。

ρfb＝Ｗp ／Ｖf ＝（１−εf ）ρp
ここでＷp は流動化媒体の粉体重量、Ｖf は流動化時の体積、εf は流動化時の空隙率、ρp は流動化媒体の粉体密度である。

このような見掛け密度ρfbを有する流動層中に密度ρs の分離対象物を混在させたとき、ρs ＜ρfbの分離対象物成分は流動層上部に浮揚し、ρs ＞ρfbの当該分離対象物成分は流動層下部に沈降する。そしてρs ＝ρfbの当該分離対象物成分は流動層中間部を浮遊する。このことを利用して分離対象物の比重選別を行なうのである。

こうして分離対象物中の各成分を分離することが可能である。これによって、分離された各成分を容易にリサイクルすることも可能となる。

本発明において分離可能な分離対象物は特に限定されない。分離対象物としては、各種鉱物資源、工業製品の他、シュレッダーダスト、廃棄物、鉱物、農作物、プラスチック、金属等を挙げることができる。各種鉱物資源としては、珪石、ろう石などの鉱石、炭鉱で採掘された原炭等が挙げられ、シュレッダーダストには、家庭用ごみ、自動車、家電製品等からのシュレッダーダスト等由来のものを挙げることができる。なお、このようにいずれか由来の分離対象物であっても良いが、分離対象物が汚れている場合は、洗浄した後に分離するのが好ましい。これは本発明の分離方法によれば、主として分離対象物の成分をその比重差によって分離するため、分離対象物が汚れていると比重が変動するおそれがあるからである。

本発明の乾式分離方法の実施態様において、前記固気流動層の見かけ密度より大きい密度を有する前記分離対象物を精製する場合に、前記分離対象物の投入初期位置を、前記流動層の中間点から上側に設定することが好ましい。これは、分離対象物の中に、精製したい物が含まれている場合に、当該精製したいものが、固気流動層の見掛け密度より大きい密度を有する場合に、当該精製したいものを含む分離対象物の投入初期位置を、固気流動層の中間点より上側に設定すれば、いわゆる精製したいもの以外のノイズ(ごみ)などは、上部に留まり、精製したいもののみをより高純度で下側に分離することができるからである。

同様に、精製したいものが、固気流動層の見掛け密度より小さい密度を有する場合に、当該精製したいものを含む分離対象物の投入初期位置を、固気流動層の中間点より下側に設定すれば、いわゆる精製したいもの以外のノイズ(ごみ)などは、下部に留まり、精製したいもののみをより高純度で上側に分離することができる。

また、本発明において、成分毎に連続的に分離するには、例えば、固気流動層の見掛け密度を変化させるか、２つ以上からなる固気流動層を直列に配列すること等により行なう事ができる。

固気流動層の見掛け密度を変化させるには、後述するu₀／u_mfの値を変化させるか、固気流動層に用いる粉体を変化させるか、粉体の粒径を変化させること、混合粉体の混合割合を変化させること等により行なう事ができる。

見掛け密度の変化は、分離対象物の種類にも依存するので、u₀／u_mfの値を上げれば、必ず見掛け密度が減少するとは限らない。一方、固気流動層に用いる粉体の密度が高いものを用いると、固気流動層の見掛け密度も一般に上昇する傾向がある。また、粉体の粒径を大きくすると、見掛け密度が大きくなるというという傾向がある。したがって、これらを考慮して、見掛け密度を変化させれば、連続的な各成分の分離が可能となる。

また、本発明の乾式分離方法の好ましい実施態様において、粉体の流動化を、前記固気流動層の下部からの送風により行なうことができる。分離することが可能な成分がより多くなるからである。但し、下部からの送風に限定される意図ではなく、たとえば、比較的比重が低い成分においては横風を送っても分離は可能である。明らかに比重が低い成分が存在する場合、横風でも飛散距離が大きいため高効率で分離可能である。したがって、まず、横風で比重が低い成分を除去した後、残存する分離対象物の各成分を除去してもよい。

分離対象物中に目的成分以外に不純物として比重が低い成分が存在する場合も同様の手順で、不純物を除去することができる。

そして、本発明においては、通気性が5.0(cm^３／s)／cm^２以下の条件下で、送風を行なうことができる。これは、通気性を制御することにより、浮沈の安定化を図る事ができるからである。分離対象物にもより、特に限定されないが、通気性を5.0(cm^３／s）／cm^２以下、好ましくは、3.0(cm^３／s）／cm^２以下、さらに好ましくは、1.0(cm^３／s）／cm^２以下とすることができる。

本発明において、空塔速度をu₀として粉体の最小流動化空塔速度をu _mfとした場合、u₀／u_mf が分離を制御する1つの要因となる。なぜなら、空塔速度を調節することにより、例えば、２つの非常に近接した密度差を有する成分を容易に除去できたり、逆に、密度差の大きい成分の分離には、空塔速度を上げることにより、短時間で分離することができるからである。

一般に、空塔速度を最小流動化空塔速度以上で当該最小流動化空塔速度近傍に設定すると、固気流動層内に浮遊する分離対象物の成分の密度分布は狭くなり、空塔速度をさらに上げていくと、固気流動層内に浮遊する分離対象物の成分の密度分布は広がる。

したがって、本発明においては、従来では分離が困難とされていた密度差の小さな２成分 (２物体)を分離することができるという利点を有する。このように微妙に空塔速度をコントロールするには、固気流動層下部の空気を分散させる部分に空気の通気性が低いものを用いることなどが挙げられる。

大まかに成分を分離する場合は、基本的に、成分が浮揚、中層に位置、沈降の３種類に分けて分離可能である。しかしながら、最終的には、分離の困難な密度差の小さい成分同士の分離となる場合が多いので、中層に位置する成分の密度分布をできる限り小さくして成分が浮揚するか沈降するかのどちらかになるように上記u₀／u_mfとすれば、より分離精度及び回収率の高い分離を行なう事ができる。

当該u₀／u_mfの値としては、例えば、1〜４の範囲とすることができる。かかる範囲であれば、安定した固気流動層を形成することができるからである。但し、かかる範囲に限定されるものではなく、密度差の大きい成分同士を迅速に分離する場合には、u₀／u_mfの値が４以上であってもよい。

単一の粉体を流動化させた場合において、密度差が小さい成分同士を分離するとき、使用する粉体にもよるが、u₀／u_mfの値は、できるだけ１に近い値とするのが好ましい。u₀／u_mfの値を、１〜１．５、好ましくは、１〜１．２、さらに好ましくは、１〜１．１とすることができる。

複数の粉体を流動化させた場合においては、当該複数の粉体が実質的に均一に混合するようなu₀／u_mf 値下で行なうことが好ましい。これは、実質的に均一に混合していないと、固気流動層の上方ほど見掛け密度が小さくなり、下方ほど見かけ密度が大きくなるために、固気流動層内の中層に位置する成分の密度分布が大きくなる傾向があるからである。

また、粉体の種類についても、分離する分離対象物の種類により特に限定されないが、例えば、粉体を、ユニビーズ、ガラスビーズ、ジルコンサンド、ポリスチレン粒子、砂及びスチールショット、並びにこれら同程度の密度を有する粉体からなる群から選択される少なくとも1種とすることができる。

使用する粉体の平均粒径についても特に限定されないが、粉体の流動化を比較的小さな空塔速度で行うことと、付着性に起因する粉体の凝集を抑制するという観点から、１００〜７００μｍとするのが好ましい。

以上のように分離された分離対象物の各成分を、最終的に、浮揚させるか、沈降させることにより適当な方法によって、回収することができる。

次に、本発明の乾式分離装置の一実施態様を添付図面に基づいて説明する。図１は、固気流動層内での物体の浮沈を示した図である。１は、流動層の見掛け密度より軽い物体である。２は、固気流動層である。３は、流動層の見掛け密度より重い物体である。４は、分離槽である。５は、気体分散板である。この図から明らかなように、粉体の流動化状態においては、固気流動層の見掛け密度によって、物体を分離できることが分かる。

分離手順の一例を示すと、前記分離槽内に流動化媒体であるガラスビーズ、ユニビーズ、ジルコンサンド、ポリスチレン粒子などを仕込み、分離槽４の下面から気体分散板５を通して均一に分離槽４内に気体を送り込み粉体を流動化させ、流動層を形成する。そこで分離槽４の上面開口から分離対象物を投入すると、使用する粉体よりも密度の大きい分離対象物成分は沈降する。図２は、本発明の一実施態様における乾式分離装置を示す。図２（A）は、装置を上部から見た概要図を示し、図２（B）は図２（A）におけるA−A断面図を示し、図２（C）は図２（A）におけるB-B断面図を示し、図２（D）は図２（A）におけるC-C断面図を示す。図２（E）は分離の工程概要を示す。

図２（A）において説明を簡便にするため、固気流動層の粉体として砂、分離対象としてプラスチックを用いた場合ついて一連の流れをまず説明する。１の下砂投入位置で、固気流動層を構成する下砂を投入し、回転方向にしたがって回転し、２のプラスチック投入位置で、分離対象物(プラスチック)を投入し、３の上砂投入位置で固気流動層を構成する上砂を投入し、４の流動化分離でプラスチックを分離する。その後、５の浮揚物排出位置で浮揚物を排出し、６の沈降物排出位置で、沈降物を排出する。

下砂投入位置と流動化分離位置との断面（A-A断面）について、図２（B）に示されており、下砂投入位置側では、所望の成分を所望の量だけ固気流動層の下側成分とすることが可能となっている。一方、流動化分離位置では、図の空気室から、空気を噴き上げることにより固気流動層を形成することが可能となっているのが分かる。

なお、ここで、集塵機とあるが、これは、流動化の際に流動媒体中の微粉が流動層から飛び出し発塵するので、発塵した微粉を回収するためのものである。

また、プラスチック投入位置と浮揚物排出位置との断面(B-B断面)について、図２（C）に示されており、下砂上にプラスチックが投入されている様子と、固気流動層によって分離した浮揚物が排出されている様子が分かる。浮揚物排出位置で、浮揚物が排出されるが、同時に固気流動層の成分媒体(この場合は砂)を回収してもよい。この場合、回収は吸引機構を用いて行うことが可能である。吸引機構は、特に限定されず、市販の吸引機、掃除機等を利用することができる。吸引機構で、選別が終わった固気流動層の上層を浮揚物と粉体(砂)と共に吸引しタンクに回収することができる。分離終了後ふるいで粉体と浮揚物を分離して回収できる。

また、上砂投入位置と沈降物排出位置との断面(C-C断面)について、図２（D）に示されており、上砂を投入している様子、及び沈降物を排出している様子が分かる。沈降物を排出する場合も、上述の浮揚物を回収する場合と同様に、沈降物と粉体(砂)を一緒に吸収してタンクに回収することができる。その後ふるい分けして沈降物のみを回収することができる。下砂投入から沈降物回収まで、模式的に示したものが図２（E）である。

次に、本発明の別の態様における一例を説明する。図３は、本発明の別の態様における一例の乾式分離装置を示す。

上述の例に倣って説明すると、図３（A）は装置の横断面を示し、図３（B）は装置の縦断面を示す。

まず、下砂ホッパから下砂を投入する。下砂を投入された容器がコンベアで移動し、プラスチックホッパにてプラスチック(シュレッダーダストなどの分離対象物)が容器へ投入され、さらに、下砂及びプラスチックが投入された容器がコンベアで移動し、上砂ホッパにて上砂が投入される。この間、下部からのブロワーにより容器内で固気流動層を形成することが可能である。固気流動層によって十分に分離された分離対象物のうち浮揚物は、浮揚物回収装置によって回収される。これは、例えば、籠付きの水車状ホイールなどを用いて流動層上層を書き取って浮揚物と粉体を回収することができる。回収後スクリーンにかけて、浮揚物のみを粉体と分離し排出することができる。また、粉体は、コンベアによって上砂或いは下砂(図面では、下砂ホッパ)ホッパへ投入再利用することができる。

その後、コンベアによって沈降物が回収される。このとき沈降物とともに粉体を回収しても良い。この場合、沈降物は、残りの粉体と共に沈降物回収装置先端のシュートに排出されて、スクリーンにかけられて、沈降物のみを回収することができる。分離された粉体は、コンベアによって上砂或いは下砂(図面では、下砂ホッパ)ホッパへ投入再利用することができる。

なお、下砂を回収して、上砂投入用に再投入したり、逆に上砂を回収して、下砂投入用に再投入することにより、粉体の均一化を図ることができる。

次に、別の実施態様における一例を説明する。図４（A）は、本発明の乾式分離装置の別の実施態様における一例を示す図である。

図４（A）に記載の所謂シャッター式の装置について動作説明をすると以下のとおりである。図４（B）が図４（A）の装置の動作を順をおって概略化した図である。
すなわち、１．流動装置内に媒体をセットする前に、予めかご（前記媒体を透過可能で、分離対象物を透過不可能であれば限定されない。）を沈めておく(図４（B）１)。２．シャッター通過位置(流動層深さ100mm)まで流動媒体(下砂)をしく。３．分離対象物を媒体上に置く。４．流動層深さ200mm(任意に設定)となるように媒体(上砂)を敷く。５．ブロワで送風して流動化、比重選別を行う。6．選別完了後、シャッターを閉じて流動層上層と下層を分断する。7．カゴをスクリーン上に移動させる。８．先にカゴの底を開いて、シャッターよりも下にある沈降物を排出する。9．沈降物とカゴについている少量の媒体を振動スクリーンで分離・回収する。10．回収完了後、シャッターを開いて同様に浮遊物を回収する。11．ブロワを停止し、媒体を排出して一連の選別が完了する。

上記流れを繰り返すことにより連続的に分離対象物を分離することができる。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定して解釈される意図ではない。

参考例１
まず、混合粉体の混合割合と見掛け密度の関係を調べるために、図５に示すような分離システムを用いた。分離層底部には、穴径0.2cm、ピッチ0.3cm、開孔率40.3%のステンレス多孔板2枚で布を挟んだ空気分散板を設けた。分離槽に層高が40cmとなるように粉体を仕込み、ブロワーにより空気を送り込んで流動化させ、モーターバルブの開閉により空塔速度を微調整した。分離槽は、大型の装置（横60cm×奥行き45cm×粉体高さ40cm）を用いたので、気体分散板下の気体室を６つに分割させて、装置の大型化に伴い断面積も大きくなったため各部分で精度良く空塔速度をコントロールした。

なお、図５中、４は分離槽、１５は気体、１６はオリフィス流量計、１７は圧力センサー、１８はデータロガー、１９はパーソナルコンピューター、２０はブロワー、２１はモーターバルブ、２２は電気信号である。

オリフィス流量計１６の圧力及び流動層底部と大気間の圧力差を圧力センサー１７により電圧値として読み取り、あらかじめ得られている電圧−空塔速度及び電圧−圧力損失の関係式を用いて空塔速度ｕ_０と圧力損失ΔＰを求めた。ここで、圧力損失ΔＰとは、気体が粉体を流動化させる際に、気体が粉体に応じて受ける圧力をいう。例えば、下方から気体を送風すると、気体は粉体の重さに相当する圧力を受けるが、この場合に圧力を圧力損失ΔＰという。ある空塔速度以上になると、粉体が流動化し始め、圧力損失が一定となる。言い換えると、圧力損失が一定の場合が粉体の流動化状態を示す。

ｕ_０を徐々に減少させる過程でΔＰを測定し、ΔＰが一定値から減少し始めるｕ_０を最小流動化空塔速度ｕ_ｍｆとした。

実際に、層内に様々なかさ体積割合Ｖ_Ｓ.Ｓ.で混合したスチールショット（Ｓ.Ｓ.）とガラスビーズ（Ｇ.Ｂ.）の2成分粉体を層高が約４０ｃｍとなるように仕込み流動化させ、空塔速度ｕ_０と最小流動化空塔速度ｕ_ｍｆとの関係を、ｕ_０ ／ｕ_ｍｆ＝1.7として試験を行なった。また、通気性を、0.3(cm^３／s）／cm^２に設定した。なお、最小流動化空塔速度は2成分粉体が完全に混合しているｕ_０から、偏析が起こらないようにｕ_０を下げる過程で得られた空塔速度−圧力損失の関係より求めた。表1に用いた粉体の物性を示す。

図６に実験結果を示す。図６は、通気性の低い（0.3(cm^３／s）／cm^２)気体分散板での各密度球の層内での浮沈を示す。S.S.が少ない場合（0.35）では、より軽い球が沈み、多い場合（0.45）では、より重い球が沈む傾向を示した。浮沈境界の球密度が流動層の見掛け密度を表し、G.B.よりも重いS.S.の割合が大きくなるにつれて、見掛け密度も増加することを示した。なお、粉体混合割合について、V_S.S.=0.35とは、S.S.:G.B.=35：65であることを、V_S.S.=0.40とは、S.S.:G.B.=40:60であることを、V_S.S.=0.45とは、S.S.:G.B.=45：55であることを示す。

この結果、混合粉体中の重い粉体の割合が増加するにつれて見掛け密度が増加することが判明した。

参考例２
次に、分離対象物として、鉱石、特に珪石及びろう石を用いた分離試験を行なった。参考例１と同様の装置を用いて分離を行なった。珪石は2300〜2550kg/m³にピークを持つ一方、ろう石は、2650〜2750kg/m^３の狭い範囲に分布し、2700kg/m³にピークを持つ。球相当径は共に１０〜５０mmの範囲にあり、珪石は30.5±8.6mm、ろう石は30.3±8.1mmであった。

図７は、各条件での珪石とろう石の層内での浮沈を示す。図７Aは、条件が、通気性＝８．１３(cm^３／s)／cm^２、Vs.s.＝０．４０の場合であり、図７Bは、条件が、通気性＝０．３０(cm^３／s)／cm^２、Vs.s.＝０．３５の場合であり、図７Cは、条件が、通気性＝０．３０(cm^３／s)／cm^２、Vs.s.＝０．４０の場合であり、図７Dは、条件が、通気性＝０．３０(cm^３／s）／cm^２、Vs.s.＝０．４５の場合である。

実験に用いた石は両石から平均密度を持つ石をピックアップした。各気体室の上に１０回ずつ石を層内に投入し（１０×６＝計６０回）、１分後の層内での高さを測定した。得られた結果から各高さに存在した石の割合をプロットした。通気性の高い気体分散板の場合は、各高さにほぼ同割合で存在し、安定した浮沈とはならなかった。一方、通気性の低い場合、V_S.S.=0.35の場合は、流動層の見掛け密度が小さすぎて両石ともに沈降し、反対にV_S.S.=0.45の場合は、見掛け密度が大きすぎて両石とも浮揚した。その中間のV_S.S.=0.40の場合は、珪石が上、ろう石が下とほぼ完全に分離した。

以上の結果、通気性を８.１３(cm^３／s）／cm^２としたものに比較して、浮沈がかなり安定し、より正確に分離可能である事が判明した。

参考例３
次に、連続的に不純物を除去しつつ目的成分の分離を試みた。内径２５．４ｃｍ、高さ５２ｃｍ、厚さ０．５ｃｍのアクリル円筒管で分離槽を作製した。槽底部には、穴径０．２ｃｍ、ピッチ０．３ｃｍ、開孔率４０．３％のステンレス多孔板2枚で布を挟んだ空気分散板を設けた。通気性を、0.3(cm^３／s）／cm^２に調節し、層高が10cmとなるように粉体を仕込み、それ以外は、参考例１と同様の要領で試験を行なった。

被分離対象となる目的成分として、珪石、ろう石を用いた。不純物として、木片、石炭、エンジニアリングプラスチック（エンプラ）、鉄くずを用いた。

また、粉体として、ガラスビーズ（粒径180-250μm）、及びスチールショット（鉄粉、粒径45-106μm）を用いた。

まず、ガラスビーズのみを高さ10cm入れてu₀/u_mf=1.1, 1.5, 2.0の３通りで流動化させた。実験手順および結果を以下に示す。ガラスビーズのみの場合で、６種類の物体を１個ずつ層内に投入し、１分後の層内での高さを３回測定した。

結果を図８に示す。図８に示すように、u₀/u_mf=1.1, 1.5の場合では木片・石炭・エンプラが浮揚、その他が沈降した。u₀/u_mf=2.0では、風速の増加により流動層の見掛け密度が小さくなるのでエンプラも沈降した。以上の結果から、u0/umf=1.1, 1.5の場合に、６種類の物体から木片・石炭・エンプラを分離可能である事が分かった。

実際に、分離装置を用いて、不純物の木片、石炭、エンプラを、u₀/u_mfの値を変化させる事により、連続的に分離除去した。なお、沈降物の珪石、ろう石、鉄くずについても、分離装置を用いて、分離槽から一旦除去した。

次に、スチールショットのみを高さ10cm入れてu₀/u_mf=1.1, 1.5, 2.0の３通りで流動化させて、更なる不純物である鉄くずの除去を試みた。

沈降した珪石・ろう石・鉄くずを流動層内に投入し、１分後の層内での高さを３回測定した。

結果を図９に示す。図９に示すように、いずれのu₀/u_mfにおいても鉄くずのみが沈降した。沈降した鉄くずを分離装置によって、分離回収した。浮揚した珪石とろう石も同様の要領で回収し、次の分離槽へ誘導した。

最終的に、珪石とろう石の分離を試みた。ガラスビーズとスチールショットの混合粉体を使用して、浮揚した珪石とろう石を層内に投入し、１分後の層内での高さを３回測定した。具体的に、ガラスビーズとスチールショットを体積混合割合60：40で混合したものを高さ10cm入れてu₀/u_mf=1.1, 2.0, 3.0の３通りで流動化流動化させた。

結果を、図１０に示す。図１０に示すように、u₀/u_mf=3.0の場合に珪石が浮揚し、ろう石が沈降した。その他のu₀/u_mfで同様の結果とならなかった理由は、u₀/u_mfが小さい場合は、ガラスビーズとスチールショットがうまく混ざらなかったり、流動化が穏やか過ぎるなどの要因が考えられる。

同様に、本発明の装置によって、浮揚した珪石と、沈降したろう石を回収した。

以上により３種類の流動層を連続的に用いることで、上記の６種類の物体から不純物と見なせる木片・石炭・エンプラ・鉄くずを除去し、その後、珪石とろう石を分離する事ができた。

実施例１
参考例１〜３により適当な固気流動層の条件を確認できたことから、固気流動層の中間に分離対象物を設置した場合の分離の様子を調べた。
内容１５ｃｍの円筒型流動層に流動化媒体を層高２０ｃｍとなるように仕込んだ。流動化媒体(粉体)としては、１００〜６００μｍの粒径分布を有する砂を使用した。流動化媒体を仕込む際、様々な密度の球を図１１（B）のように初期位置として各高さに設置した。図１１（B）は、球の初期位置を示す図である。

その後、１０ｃｍ/ｓの空塔速度で媒体を流動化させ、1分後の球高さを測定し、その高さを流動層高さで割ることで補正高さを求めた。この高さは、完全浮揚の場合に１．０、完全沈降の場合に０．０となるように定義されている。球の補正高さと球の密度との関係を図１１（A）に示す。図１１（A）の球の浮沈結果から、定性的な言い方をすれば、同じ密度の球でも下方に設置したものは浮揚しにくく、上方に設置したものは沈降しにくい結果となった。つまり、同じ密度の球でも初期位置により浮沈に違いが見られることが明らかとなった。

また、このような固気流動層内での挙動を利用して、鋳物製品などの分離対象物を投入した場合、欠陥品と製品との間で比重等が異なることを利用して、欠陥品であるか否かを判断することができることが分かる。

分離対象物を分離する装置の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 分離対象物の成分を回収する本発明の一実施態様における概略図を示す。 本発明の一実施態様における分離システムの概要を示す。 種々のＶs.s.の値における物体の密度分布を示す。 通気性を変化させた場合の珪石とろう石の浮揚及び沈降の様子を示す。 各分離対象物の流動層内での高さを示す。 各分離対象物の流動層内での高さを示す。 珪石とろう石の流動層内での高さを示す。 図１１（A）は、球の補正高さと球の密度との関係を示す図である。図１１（B）は、球の初期位置を示す図である。

符号の説明

１ 流動層の見掛け密度より軽い物体
２ 固気流動層
３ 流動層の見掛け密度より重い物体
４ 分離槽
５ 気体分散板
１５ 気体
１６ オリフィス流量計
１７ 圧力センサー
１８ データロガー
１９ パーソナルコンピューター
２０ ブロワー
２１ モーターバルブ
２２ 電気信号

Claims (9)

1. 粉体を流動化させた固気流動層を利用して分離対象物を分離する乾式分離方法であって、前記固気流動層を構成する成分を投入し、次いで前記分離対象物を投入し、その後前記固気流動層を構成する成分を投入することにより、前記固気流動層を構成する成分の間へ前記分離対象物を投入することを特徴とする乾式分離方法。
2. 前記固気流動層の見かけ密度より大きい密度を有する前記分離対象物を精製する場合に、前記分離対象物の投入初期位置を、前記流動層の中間点から上側に設定する請求項１記載の方法。
3. 前記固気流動層の見かけ密度より小さい密度を有する前記分離対象物を精製する場合に、前記分離対象物の投入初期位置を、前記流動層の中間点から下側に設定する請求項１記載の方法。
4. 前記分離対象物を投入後、浮揚した分離対象物及び沈降した分離対象物を回収する請求項１〜３項のいずれか1項に記載の方法。
5. 固気流動層の見掛け密度を、分離しようとする分離対象物中の各成分の最大密度と最小密度との間に設定することを特徴とする請求項１〜４項のいずれか1項に記載の方法。
6. 粉体が、ユニビーズ、ガラスビーズ、ジルコンサンド、ポリスチレン粒子、スチールショット、砂及びこれらと同程度の密度を有する粉体からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１〜５項のいずれか1項に記載の方法。
7. 分離対象物が、廃棄物、鉱物、農作物、プラスチック、金属、鋳物製品を含む請求項１〜６項のいずれか１項に記載の方法。
8. 複数の粉体を投入する粉体投入手段と、前記複数の粉体投入手段により粉体が投入されることによって形成される固気流動層と、分離対象物を投入する対象物投入手段と、前記分離対象物が前記固気流動層によって分離し浮揚した浮揚物を回収する第一の回収手段と、前記分離対象物が固気流動層によって分離し沈降した沈降物を回収する第二の回収手段とを備え、前記第一及び第二の回収手段が、固気流動層内に入り込まないように構成されている乾式分離装置。
9. 前記第一及び第二の回収手段が、吸引機構によるものである請求項８記載の装置。

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