(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体を流動化させた固気流動層へ被分離対象物を投入し、固気流動層の見掛け密度を利用して、前記被分離対象物を成分毎に連続的に分離する乾式分離方法であって、前記粉体が撥水性を有し、かつ、u0／umf(但し、空塔速度をu0、粉体の最小流動化空塔速度をu mfとする。)値を制御しつつ、前記見掛け密度を変化させることによって、連続的に分離することを特徴とする乾式分離方法。
【請求項２】
前記粉体の水に対する接触角が、１０度以上であることを特徴とする請求項1記載の乾式分離方法。
【請求項３】
前記粉体が、それ自体撥水性を有するか、又は撥水性被膜を有することを特徴とする請求項１又は2項に記載の乾式分離方法。
【請求項４】
前記撥水性被膜が、フッ素系樹脂、シラン系剤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請求項１〜3項のいずれか1項に記載の乾式分離方法。
【請求項５】
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請求項1〜４項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
通気性が5.0(cm３／s)／cm２以下の条件下で、送風を行なうことを特徴する請求項１〜５項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項７】
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／umf が1〜４の範囲において前記送風を行なうことを特徴とする請求項１〜６項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項８】
複数の粉体を流動化させた場合に、当該複数の粉体が実質的に均一に混合するようなu0／umf値下で行なう請求項１〜７記載の方法。
【請求項９】
固気流動層の見掛け密度を、分離しようとする被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１〜８項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１０】
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１〜７項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１１】
被分離対象物が、廃棄物、鉱物、農作物、プラスチック、金属から選択される請求項１〜１０項のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１２】
粉体の平均粒径が、１００〜５００μｍであることを特徴とする請求項１〜１１項のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を用いることなく被分離対象物の比重分離を行なう乾式分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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)。
【０００５】
【（非）特許文献１】
特開2000‐61398
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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。
【０００７】
また、目的成分以外に、被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。
【０００８】
さらに、上述の乾式石炭分離方法においては、被分離対象が乾いていれば、良好な分離を行なうことができるが、被分離対象がぬれている場合には、物体の分離が困難であるという問題を有していた。これは、濡れた物体を固気流動層内に投入すると物体表面の水が粒子表面に移り、粒子同士の凝集を引き起こすために流動化が不安定となるためである。また、分離された物体表面に粒子が付着するという問題もある。
【０００９】
そこで、本発明は、分離すべき物体が濡れた状態においても、連続的に被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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１１】
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へ被分離対象物を投入し、固気流動層の見掛け密度を利用して、前記被分離対象物を成分毎に連続的に分離する乾式分離方法であって、前記粉体が撥水性を有することを特徴とする。
【００１２】
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、前記粉体の水に対する接触角が、１０度以上であることを特徴とする
【００１３】
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、前記粉体が、それ自体撥水性を有するか、又は撥水性被膜を有することを特徴とする。
【００１４】
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、撥水性被膜が、フッ素系樹脂、シラン系剤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。
【００１５】
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を特徴とする。
【００１６】
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、通気性が5.0(cm３／s)／cm２以下の条件下で、送風を行なうことを特徴する。
【００１７】
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、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／umf が1〜４の範囲において前記送風を行なうことを特徴とする。
【００１８】
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、複数の粉体を流動化させた場合に、当該複数の粉体が実質的に均一に混合するようなu0／umf値下で行なうことを特徴とする。
【００１９】
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、分離しようとする被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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、被分離対象物が、廃棄物、鉱物、農作物、プラスチック、金属を含むことを特徴とする。
【００２２】
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、粉体の平均粒径が、１００〜５００μｍであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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被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。これに加えて、当該粉体として、撥水性を有する粉体を用いることも特徴の一つである。このような撥水性を有する粉体を用いることにより、従来では、困難であるとされていた濡れた物体の分離が容易となり、安定した流動層を提供し得る利点を有する。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
このような見掛け密度ρfbを有する流動層中に密度ρs の被分離対象物を混在させたとき、ρs ＜ρfbの被分離対象物成分は流動層上部に浮揚し、ρs ＞ρfbの当該被分離対象物成分は流動層下部に沈降する。そしてρs ＝ρfbの当該被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被分離対象物の比重選別を行なうのである。
【００２７】
こうして被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。
【００２８】
本発明において分離可能な被分離対象物は特に限定されない。被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被分離対象物であっても良いが、被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、主として被分離対象物の成分をその比重差によって分離するため、被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。
【００２９】
なお、本発明において、濡れた物体であっても良好に分離可能とすることから、上記被分離対象物が、濡れていても問題ない。
【００３０】
ここで、粉体の撥水性について説明する。粉体の撥水性の程度については、粒子同士の凝集、分離された物体と粒子との付着を抑制できれば、特に限定されない。また、撥水性の程度については、分離される物体の濡れの程度によっても異なる。
【００３１】
撥水性を有していれば、特に限定されるものではないが、例えば、接触角を１０度以上とするのが好ましい。より高い撥水性を要求される場合、接触角を５０度以上とするのが好ましい。より好ましくは、接触角を90度以上とする。
この接触角は、時間と共に、低下しても良いが、少なくとも分離中は、接触角が０度にならないように留意する必要がある。接触角が０度であれば、撥水を有するとはいえず、所望の撥水効果を得ることができないからである。
【００３２】
また、撥水性粉末の態様についても特に限定されない。例えば粉体自体が撥水性を有するものを用いても良い。また、粉体自体に撥水性がないか、または所望の撥水性を有しなければ、粉体に対して撥水性を有する被膜処理を施すことモ可能である。このような被膜としては、特に限定されるものではないが、例えば、フッ素樹脂、シラン系剤からなる群から選択される少なくとも1種を挙げることができる。
【００３３】
被膜の膜厚についても、粉体の撥水性が十分に満たされる程度の膜厚であれば、特に限定されない。被膜も含めた状態で、粉体の粒径が、１００〜５００μｍあれば十分である。
【００３４】
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。
【００３５】
固気流動層の見掛け密度を変化させるには、後述するu0／umf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。
【００３６】
見掛け密度の変化は、被分離対象物の種類にも依存するので、u0／umf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。
【００３７】
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、残存する被分離対象物の各成分を除去してもよい。
【００３８】
被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。
【００３９】
そして、本発明においては、通気性が5.0(cm３／s）／cm２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。被分離対象にもより、特に限定されないが、通気性を5.0(cm３／s）／cm２以下、好ましくは、3.0(cm３／s）／cm２以下、さらに好ましくは、1.0(cm３／s）／cm２以下とすることができる。
【００４０】
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／umf 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。
【００４１】
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被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被分離対象物の成分の密度分布は広がる。
【００４２】
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。
【００４３】
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／umf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。
【００４４】
当該u0／umf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／umfの値が４以上であってもよい。
【００４５】
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／umfの値は、できるだけ１に近い値とするのが好ましい。u0／umf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。
【００４６】
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／umf 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。
【００４７】
また、粉体の種類についても、分離する被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、及びスチールショット、及び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。
【００４８】
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、１００〜５００μｍとするのが好ましい。
【００４９】
以上のように分離された被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。
【００５０】
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。
【００５１】
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の上面開口から被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被分離対象物成分は沈降する。図２は、分離した被分離対象物成分を回収する装置の一例を示す。図２（A）は、概要を示し、図２（B）は、装置を横から見た図を示し、図２（C）は、装置を前から見た図を示す。
【００５２】
図２（A）において、６は収集手段、７は運搬手段、８は保護板、９は誘導板、１０は気体室である。図２において収集手段６は、矢印(図２（C）中のc)の方向へ可動しており、ゆっくりした速度で回転し、沈降してくる被分離対象物中の重い成分３を回収し、分離槽４外へ排出する。即ち、誘導板９が被分離対象物中の重い成分３を、前記収集手段６へ誘導し、それによって、収集手段中に設置されたバスケット１１内へ重い成分3を収集する。バスケット１１内の重い成分３は、収集手段の回転と共に分離槽上部へ移動し、上部において、重い成分3の自重によって排出口１２へ移動する。
【００５３】
一方、運搬手段７は矢印(図２（C）中のｄ)の方向へ稼動しており、ゆっくりした速度で回転し、浮揚する被分離対象物中の軽い成分１を回収し、分離槽４外へ排出する。この時、保護板８が被分離対象物中の軽い成分１を前記運搬手段へ誘導を容易にする。すなわち、この保護板は特に設置しなくとも軽い成分を回収することができるが、回収率を上げて効率的に回収するのに必要である。このように誘導された軽い成分１は、例えばコンベアーのような運搬手段７によって、分離槽４外へ排出される。
【００５４】
なお、図２中の５は、気体分散板であり、金網等の多孔性材料より成るが、分離しようとする被分離対象物成分が通過しない程細かいメッシュにしておく必要がある。なお、流動層を形成するための気体は空気に限らず、他のものでもよい。
【００５５】
保護板、誘導板は、それぞれ、軽い成分、重い成分を運搬手段、収集手段へ誘導しやすくするような作用を有していれば、図２の形態に限定されるものではなく適宜変更可能である。例えば、複数の多孔板を設けて、浮揚する成分と沈降する成分とが回収途中で混在しない様にすることもできる。また、保護板の代わりに、浮揚成分用にプロペラを設けてもよく、誘導板の代わりに、固気流動層の底にプロペラを設けて沈降成分を効率よく収集手段に誘導するようにしても良い。
【００５６】
また、別の回収方法を一例として説明すれば、図３のようになる。図３は、例えば、分離したシュレッダーダスト成分を回収する装置の一例を示す。図３において、運搬手段７ｂは、矢印の方向へ可動しており、ゆっくりした速度で回転し、沈降してくるシュレッダーダスト中の重い成分を回収し、分離槽４外へ排出する。
【００５７】
一方、運搬手段７ａは矢印の方向へ稼動しており、ゆっくりした速度で回転し、浮揚するシュレッダーダスト中の軽い成分を回収し、分離槽４外へ排出する。
【００５８】
なお、図３中の１３は、多孔板であり、金網等の多孔性材料より成るが、分離しようとするシュレッダーダスト成分が通過しない程細かいメッシュにしておく必要がある。気体分散板５も同様である。なお、流動層を形成するための気体は空気に限らず、他のものでもよい。
【００５９】
また、多孔板１３は、浮揚する成分と沈降する成分とを別々のコンベアーなどの運搬手段に誘導することが可能であれば、図３のような構成に限定されることはなく、適宜変更可能である。例えば、複数の多孔板を設けて、浮揚する成分と沈降する成分とが回収途中で混在しない様にすることもできる。また、図３では、浮揚成分用にプロペラ１４を設けているが、固気流動層の底にプロペラを設けて沈降成分を効率よくコンベアーに誘導することもできる。
【００６０】
【実施例】
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。
【００６１】
実施例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４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。
【００６２】
なお、図４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。
【００６３】
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ｕ０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。
【００６４】
ｕ０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ｕ０を最小流動化空塔速度ｕｍｆとした。
【００６５】
実際に、層内に様々なかさ体積割合ＶＳ.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ｕ０と最小流動化空塔速度ｕｍｆとの関係、ｕ０  ／ｕｍｆ＝1.7として試験を行なった。また、通気性を、0.3(cm３／s）／cm２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ｕ０から、偏析が起こらないようにｕ０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。
【００６６】
【表１】
0003546237.tif 000002
【００６７】
図５に実験結果を示す。図５は、通気性の低い（0.3(cm３／s）／cm２)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、VS.S.=0.35とは、S.S.:G.B.=35：65であることを、VS.S.=0.40とは、S.S.:G.B.=40:60であることを、VS.S.=0.45とは、S.S.:G.B.=45.55であることを示す。
【００６８】
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。
【００６９】
実施例２
次に、被分離対象物として、鉱石、特に珪石及びろう石を用いた分離試験を行なった。実施例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/m３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。
【００７０】
図６は、各条件での珪石とろう石の層内での浮沈を示す。図６Aは、条件が、通気性＝８．１３(cm３／s）／cm２、Vs.s.＝０．４０の場合であり、図６Bは、条件が、通気性＝０．３０(cm３／s）／cm２、Vs.s.＝０．３５の場合であり、図６Cは、条件が、通気性＝０．３０(cm３／s）／cm２、Vs.s.＝０．４０の場合であり、図６Dは、条件が、通気性＝０．３０(cm３／s）／cm２、Vs.s.＝０．４５の場合である。
【００７１】
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両石を各気体室の上に置き、両石をそれぞれ層内に１０回投入し（１０×６（気体室数）＝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、VS.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VS.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VS.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。
【００７２】
以上の結果、通気性を８.１３(cm３／s）／cm２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。
【００７３】
実施例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(cm３／s）／cm２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、実施例1と同様の要領で試験を行なった。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
まず、ガラスビーズのみを高さ10cm入れてu0/umf=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。
【００７７】
結果を図7に示す。図７に示すように、u0/umf=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/umf=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。
【００７８】
実際に、図2の分離装置を用いて、不純物の木片、石炭、エンプラを、u0/umf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、図2の分離装置を用いて、分離槽から一旦除去した。
【００７９】
次に、スチールショットのみを高さ10cm入れてu0/umf=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。
【００８０】
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。
【００８１】
結果を図８に示す。図８に示すように、いずれのu0/umf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。
【００８２】
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/umf=1.1, 2.0, 3.0の３通りで流動化流動化させた。
【００８３】
結果を、図９に示す。図９に示すように、u0/umf=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/umfで同様の結果とならなかった理由は、u0/umf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。
【００８４】
同様に、図2に示す装置によって、浮揚した珪石と、沈降したろう石を回収した。
【００８５】
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。
【００８６】
実施例４
次に、前述の実施例に記載の方法に基づいて、撥水性を有する粉体を用いて、その分離効果を検討した。
【００８７】
試験に用いた3種類の粉体の粒径及びかさ密度を表２に示す。
【００８８】
【表２】
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【００８９】
これらの粒子の水の濡れ性を調べるために、縦７０×横４０×深さ１５ｍｍのケースに各粒子を敷き詰めて粉体表面に水を0.6ml垂らし、真横から写真を取って、その画像から接触角を読み取った。この接触角が大きいほど、撥水性が高く濡れ性が低いことを表す。水を垂らしてからの時間に対する各粉体の接触角の変化を図１０に示す。
【００９０】
その結果、粉体Aは水をたらした瞬間に水が粉体へしみこみ、表面に水滴が形成されなかった。つまり、粉体Aは、濡れ性が非常に高い。粒子Bは、水を垂らしたときは水滴を形成し、時間とともに接触角が小さくなり粉体に水がしみ込んでいった。一方、粉体Cでは水滴が長時間存在し接触角も高い値を持続した。以上の結果、粉体Cが最も撥水性が高く、次に粉体B、そして粉体Aの順となった。
【００９１】
次いで、これらの粉体A〜Cを用いて、圧力損失(粉体層最低部にかかる圧力)と空筒速度（層下部から送り込む空気の速度）との関係をしらべた。
【００９２】
各粉体において空気の相対湿度を５０〜８０％の範囲で変化させて得られた結果を図１１に示す。なお、流動化の安定性を図中の点腺で示した最小流動化速度により評価した。最小流動化速度とは、空塔速度を下げていく過程で粉体層が流動化しなくなり固定層となる空塔速度である。撥水性の低い粉体Aでは、相対湿度５０％と６０％では最小流動化速度がほぼ同様の値となったが、相対湿度の増加に伴い最小流動化速度が大きくなった。これは、相対湿度の増加に伴い粒子同士が凝集し、不安定な流動化になったためである。粉体Aよりも撥水性の高い粉体Bでは相対湿度８０％のみ最小流動化速度が大きくなったが、さらに撥水性の高い粒子Cでは、いずれの相対湿度においても最小流動化速度は等しい値となった。すなわち、撥水性の高い粉体を流動化媒体として用いることで湿度増加に伴う粉体凝集が抑制され、流動化が安定することが判明した。
【００９３】
実施例５
種々の密度を有する被分離対象物の浮沈について調べた。実施例４で用いたA〜Cの粉体を再度用いて、空気湿度が流動化に与える影響及び物体浮沈の安定性に与える影響を調べるために、様々な密度を持つ球の層内での浮沈を調べた。各粒子を最小流動化速度の１．１倍(u0／umf＝１．１)で流動化させ、様々な密度を持つ球（直径３．７５cmのピンポン球に鉄粉を所定量つめたもの）を流動層内に投入し、1分後の層内での球の高さを求めた。
【００９４】
各粉体において相対湿度を５０〜８０％の範囲で変化させて得られた結果を図１２に示す。なお、縦軸の浮沈係数とは、球が完全に浮揚した場合を1.0、完全に沈降した場合を１．０と定義した値である。撥水性の低い粉体Aでは、相対湿度５０％と６０％では１４００kg／m3以下の球が、浮揚し、それよりも大きな密度の球が沈降した。しかし、相対湿度７０％と８０％では、より小さな密度の球が沈降しており、特に、８０％では浮沈することなく層内を漂う球の密度範囲が大きくなり、球の浮沈が不安定な結果となった。これは、相対湿度の増加に伴い粒子同士が凝集し不安定な流動化になったためである。ここで、球の浮沈の境界密度は固気流動層の見かけ密度を表す。例えば、相対湿度５０％と６０％では見かけ密度が約１４１０kg／m３となる。また、実際に物体を比重分離する際、浮沈せずに層内を漂う球の密度範囲が大きいほど、密度差の小さな2物体の分離が困難となる。一方、粉体Bでは相対湿度８０％の場合のみが低密度側によっており、撥水性の高い粉体Cでは、いずれの相対湿度においても同様の球の浮沈、即ち同様の見かけ密度ならびに層内を漂う球が極力抑えられる良好な結果となった。これは、撥水性の高い粉体を流動化媒体として用いることで相対湿度が高い場合でも流動化が安定し球の浮沈も安定したためである。
【００９５】
以上のように、撥水性の高い粉体を流動化媒体として用いることにより、空気湿度が増加しても安定した流動化が得られ、物体の浮沈も安定し、比重分離に適した条件となることが判明した。
【００９６】
実施例６
次に、乾いた石炭の浮沈について、種々の湿度下（５０、６０、７０、及び８０％）での種々の密度を有する乾いた石炭の浮沈について調べた。石炭の大きさは、いずれの密度のものも約３ｃｍである。実験条件は、実施例4と同様であった。各粉体を最小流動化速度の１．１倍（u0/umf＝1.1）で流動化させ、各石炭を流動層内へ投入し、1分後の層内での石炭の高さを求めた。各粉体において相対湿度を５０〜８０％の範囲で変化させて得られた結果を図１３に示す。
【００９７】
これらの結果、撥水性の高い粉体Cを用いた場合に、安定した流動性を示し、良好な分離が可能となった。
【００９８】
実施例７
次に、同様に上記実施例で用いた粉体A〜Cを用いて、湿潤物体として石炭の分離を試みた。石炭を水の中に入れ、取り出した後に流動層内へ投入した。各粉体を最小流動化速度の１．１倍（u0/umf＝1.1）で流動化させ、各石炭を流動層内へ投入し、1分後の層内での石炭の高さを求めた。相対湿度は、50％と80％で実験を行なった。結果を図１４に示す。粉体Aでは、濡れた石炭を投入した場合はほとんど沈降しない結果となった。これは、濡れた石炭を投入すると石炭表面近くの粒子が水の影響で凝集して流動化せず、石炭が沈降できないためである。粉体Bでは、密度の大きな石炭が僅かながら沈降する結果となった。撥水性の高い粉体Cでは、濡れた物体を投入しても物体表面近くでの粒子凝集が起こらず、乾いた物体を投入した場合と同様の物体浮沈が起こることが明らかになった。
【００９９】
実施例８
次に、濡れた石炭への粒子付着量を調べた。各粉体(粒子)を最小流動化速度の１．１倍（u0/umf＝1.1）かつ空気の相対湿度５０％で流動化させ、濡れた石炭を流動層内に投入し、30秒後に取り出して石炭重量に対する石炭表面付着粒子重量の割合を求めた。なお密度の異なる3種の石炭を用い(1275kg／m3、1380kg／m３．1517kg／m３)、得られた付着粒子重量割合の平均値を求めた。表3に結果を示す。
【０１００】
【表３】
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【０１０１】
撥水性の低い粉体Aでは石炭重量の約２０％もの粒子が石炭表面に付着したが、粉体Bでは約１０％、撥水性の高い粉体Cでは、6.5％と低い値となった。撥水性の高い粉体を流動化媒体としても用いて、濡れた物体を投入すると、完全ではないが物体表面への粒子付着が大きく低減されることが判明した。
【０１０２】
その結果を、図1４に示す。図１４は、濡れ性の異なる3種類の粉体の流動層での濡れた石炭の浮沈の様子を示す。
【０１０３】
これらの結果から明かなように、湿度50％及び80％の両方において、粉体(粒子C)を用いた場合が最も効率よく分離可能であることが分かる。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、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。
【０１０５】
また、本発明の方法によれば、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。
【０１０６】
また、本発明の方法によれば、濡れた物体の良好な分離が可能となるという有利な効果を奏する。さらに、水分による粒子同士の凝集を抑制し、安定な流動層を形成し得るという有利な効果を奏する。さらにまた、分離された物体表面への粒子の付着も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被分離対象を分離する装置の一実施態様における概略図を示す。
【図２】被分離対象の成分を回収する一実施態様における概略図を示す。
【図３】被分離対象の成分を回収する一実施態様における概略図を示す。
【図４】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。
【図５】種々のＶs.s.の値における物体の密度分布を示す。
【図６】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。
【図７】各分離対象物の流動層内での高さを示す。
【図８】各分離対象物の流動層内での高さを示す。
【図９】珪石とろう石の流動層内での高さを示す。
【図１０】各粉体の接触角と時間との関係を示す。
【図１１】各粉体において空気の相対湿度を５０〜８０％の範囲で変化させた場合の圧力損失と空塔速度との関係を示す。
【図１２】各粉体において相対湿度を５０〜８０％の範囲で変化させて得られた結果を示す。
【図１３】各粉体において相対湿度を５０〜８０％の範囲で変化させて得られた結果を示す。
【図１４】濡れ性の異なる3種類の粉体の流動層での濡れた石炭の浮沈の様子を示す。
【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
６  収集手段
７、７ａ、７ｂ  運搬手段
８  保護板
９  誘導板
１０  気体室
１１  バスケット
１２  排出口
１３  多孔板
１４  プロぺラ
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
【要約】【課題】効率的にリサイクルを行なうことが可能であり、環境に優しい乾式分離方法を提供することにある。
【解決手段】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に被分離対象物を投入し、固気流動層の見掛け密度を利用して、前記被分離対象物を成分毎に連続的に分離する乾式分離方法であって、粉体が撥水性を有することを特徴とする。
【選択図】        図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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