(57)【要約】【課題】疎水性粒子と親水性粒子が混在する混合物から疎水性粒子と親水性粒子を分離するときの分離速度及び分離効率を向上する。【解決手段】疎水性粒子６と親水性粒子５とが混在する混合物から、疎水性粒子６と親水性粒子５とを分離する分離方法において、前記混合物に、水と、前記水より比重が大きい疎水性液体とを混合してスラリー化する混合工程（Ｓ１）と、前記混合工程で生成されたスラリーを、水相１と疎水性液体相２とに分離しながら、前記親水性粒子５を前記水相１に移動させ、前記疎水性粒子６を前記疎水性液体相２に移動させることにより、前記疎水性粒子６と前記親水性粒子５とを分離する分離工程（Ｓ２）と、を含む、分離方法が提供される。【選択図】図６
2019136701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
疎水性粒子と親水性粒子とが混在する混合物から、疎水性粒子と親水性粒子とを分離する分離方法において、
前記混合物に、水と、前記水より比重が大きい疎水性液体とを混合してスラリー化する混合工程と、
前記混合工程で生成されたスラリーを、水相と疎水性液体相とに分離しながら、前記親水性粒子を前記水相に移動させ、前記疎水性粒子を前記疎水性液体相に移動させることにより、前記疎水性粒子と前記親水性粒子とを分離する分離工程と、
を含む、分離方法。
【請求項２】
前記分離工程では、分離装置内で前記スラリーを静置することにより、比重差を利用して、前記スラリーを、前記親水性粒子を含む前記水相と、前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相とに分離する、請求項１に記載の分離方法。
【請求項３】
向流型多段連続プロセスにより、前記混合工程と前記分離工程の組合せをＮ段階（Ｎは２以上の整数）繰り返す、請求項１又は２に記載の分離方法。
【請求項４】
Ｎは３以上の整数であり、
１段目の前記混合工程で前記混合物及び前記水が投入され、
Ｎ段目の前記混合工程で前記疎水性液体が投入され、
ｎ段目（ｎは１以上、Ｎ−２以下の整数）の前記分離工程で分離された前記親水性粒子及び残存した前記疎水性粒子を含む前記水相と、ｎ＋２段目の前記分離工程で分離された前記疎水性粒子及び残存した前記親水性粒子を含む前記疎水性液体相とを、ｎ＋１段目の前記混合工程で混合してスラリー化する、請求項３に記載の分離方法。
【請求項５】
１段目の前記分離工程で分離された前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相に残存した前記親水性粒子を除去する洗浄工程を更に含み、
前記洗浄工程は、
１段目の前記分離工程で分離された前記疎水性粒子及び前記残存した親水性粒子を含む前記疎水性液体相に、前記水を加えて混合してスラリー化する洗浄用混合工程と、
前記洗浄用混合工程で生成されたスラリーを、水相と疎水性液体相とに分離しながら、前記残存した親水性粒子を前記水相に移動させることにより、前記疎水性粒子と前記残存した親水性粒子とを分離する洗浄用分離工程と、
を含む、請求項３に記載の分離方法。
【請求項６】
前記洗浄工程の前記洗浄用混合工程及び前記洗浄用分離工程の組合せをＭ段階（Ｍは２以上の整数）繰り返す、請求項５に記載の分離方法。
【請求項７】
前記分離工程により分離された前記親水性粒子を含む前記水相から、前記水を分離して、前記親水性粒子を回収する第１回収工程と、
前記分離工程により分離された前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相から、前記疎水性液体を分離して、前記疎水性粒子を回収する第２回収工程と、
を更に含み、
前記第１回収工程で分離された前記水、及び前記第２回収工程で分離された前記疎水性液体を、前記混合工程で再利用する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項８】
前記第１回収工程では、
前記分離工程により分離された前記親水性粒子を含む前記水相に対して、加温又は減圧のうち少なくともいずれかの処理を行うことにより、当該水相中に残存する前記疎水性液体を除去する、請求項７に記載の分離方法。
【請求項９】
前記混合物に混入している磁着物を、磁石を用いて吸着して分離する磁選工程を更に含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１０】
前記疎水性液体は、疎水性有機溶剤であり、
前記疎水性有機溶剤の比重は、１．０５超であり、かつ、前記疎水性粒子の比重よりも小さい、請求項１〜９のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１１】
前記疎水性液体は、疎水性有機溶剤であり、
前記疎水性有機溶剤の沸点は、大気圧下において４０℃以上、１５０℃以下である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１２】
前記疎水性液体は、疎水性有機溶剤であり、
前記疎水性有機溶剤の沸点は、大気圧下において４０℃以上、９５℃以下である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１３】
前記親水性粒子は、金属酸化物であり、
前記疎水性粒子は、コークス粉又は石炭粉である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１４】
前記混合物は、フライアッシュである、請求項４〜１３のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１５】
前記分離工程より前に、前記フライアッシュに対して粉砕処理を施す粉砕工程をさらに含む、請求項１４に記載の分離方法。
【請求項１６】
前記粉砕工程では、疎水性液体と水の少なくともいずれかと前記フライアッシュとを混合して混合液を生成し、前記混合液に含まれる前記疎水性粒子としてのカーボン粒子を、ビーズを用いて粉砕する、請求項１５に記載の分離方法。
【請求項１７】
前記ビーズの直径が１ｍｍ以下である、請求項１６に記載の分離方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の分離方法を用いて分離された前記親水性粒子を含む前記水相から、前記親水性粒子を回収する、親水性粒子の回収方法。
【請求項１９】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の分離方法を用いて分離された前記親水性粒子を含む前記水相を回収する、親水性粒子の回収方法。
【請求項２０】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の分離方法を用いて分離された前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相から、前記疎水性粒子を回収する、疎水性粒子の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疎水性粒子と親水性粒子とが混在する混合物から、疎水性粒子と親水性粒子とを迅速かつ効率的に分離するための分離方法と、当該分離方法を利用した親水性粒子の回収方法、及び疎水性粒子の回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭焚き火力発電所等における発電時に発生するフライアッシュは、コンクリート用原料、建材原料、セメント用原料等にリサイクルされる。ところが、フライアッシュは、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の金属酸化物からなる灰分中に、燃え残った炭素成分である未燃カーボンを含んでいる。このため、リサイクルされるフライアッシュの品質を高めるためには、フライアッシュ中に含まれる未燃カーボンを分離・除去することが好ましい。
【０００３】
フライアッシュ中の未燃カーボンを分離する方法として、例えば、静電分離方法や浮選方法が知られている。静電分離方法は、乾式状態で、平行平板の電極内にフライアッシュを投入することにより、帯電させた未燃カーボンを正電極側に引き寄せて分離する方法である。また、浮選方法は、フライアッシュのスラリー内で気泡剤を用いて発生させたマイクロエアーに対し、灯油等の捕集剤を介して未燃カーボン粒子を付着させることで、未燃カーボン粒子を浮上させて分離する方法である。
【０００４】
例えば、特許文献１には、フライアッシュ中の未燃カーボンを浮選により除去する方法が開示されている。この特許文献１の浮選方法では、まず、水を添加してスラリー化したフライアッシュを撹拌することにより、未燃カーボン粒子の表面に活性エネルギーを生じさせて、未燃カーボン粒子を親油化（疎水化）する。次いで、親油化した未燃カーボンを含むスラリーに、灯油、軽油等の捕集剤及び起泡剤を添加して、捕集剤を未燃カーボンに付着させるともに、発生した気泡に未燃カーボンを付着させて浮選する。かかる浮選方法により、疎水性粒子である未燃カーボン（比重：１．３〜１．５）と、親水性粒子である金属酸化物（比重：２．４〜２．６）との混合物であるフライアッシュから、未燃カーボンが分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６７８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載のようにフライアッシュに含まれる未燃カーボンを気泡に付着させて浮上させる浮選方法では、分離速度が遅く、分離効率が悪いという問題があった。
【０００７】
詳細には、上記特許文献１に記載の浮選方法では、図１８に示すように、水とフライアッシュが混合・撹拌された状態で、多くの金属酸化物１０２の粒子が浮遊している水相１０５において、未燃カーボン１０１の粒子が捕集剤１０４を介して微細な気泡１０３に付着し、気泡１０３とともに未燃カーボン１０１が水相１０５中を浮上していく。このとき、未燃カーボン１０１が気泡１０３から剥離することもあり、未燃カーボン１０１は水相１０５中で浮上及び沈降を繰り返しながら徐々に浮上し、水相１０５の表層部に集まる。このため、未燃カーボン１０１の分離速度が遅いので、金属酸化物１０２から未燃カーボン１０１を分離して、未燃カーボン１０１の含有率を目標値以下まで低下させるためには、例えば１時間程度の長時間がかかってしまう。
【０００８】
また、上記浮選方法では、未燃カーボン１０１の分離効率は、未燃カーボン１０１の粒子径や疎水性の程度（これらは使用する石炭種に依存）、未燃カーボン１０１の存在形態等の影響をかなり受ける。例えば、未燃カーボン１０１の粒子が大きいと、未燃カーボン１０１の自重により、未燃カーボン１０１が気泡１０３に付着し難くなるだけでなく、水相１０５中を浮上し難くなる。さらに、未燃カーボン１０１が金属酸化物１０２に噛み込んでいる存在形態である場合、気泡１０３が付着できる未燃カーボン１０１の表面部分が小さくなるので、未燃カーボン１０１が気泡１０３に付着し難くなる。これら原因により、未燃カーボン１０１の分離速度が低下するとともに、未燃カーボン１０１の分離効率が悪くなり、混合物中の未燃カーボン１０１の含有率を目標値まで低下できないことも多く、処理コストも高かった。
【０００９】
なお、上記では未燃カーボン（疎水性粒子）と金属酸化物（親水性粒子）との混合物であるフライアッシュから、未燃カーボンを浮選する場合の問題を述べたが、その他の疎水性粒子と親水性粒子の混合物から各粒子を分離する場合であっても、同様な問題が生じうる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、疎水性粒子と親水性粒子が混在する混合物から疎水性粒子と親水性粒子を分離するときの分離速度及び分離効率を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
疎水性粒子と親水性粒子とが混在する混合物から、疎水性粒子と親水性粒子とを分離する分離方法において、
前記混合物に、水と、前記水より比重が大きい疎水性液体とを混合してスラリー化する混合工程と、
前記混合工程で生成されたスラリーを、水相と疎水性液体相とに分離しながら、前記親水性粒子を前記水相に移動させ、前記疎水性粒子を前記疎水性液体相に移動させることにより、前記疎水性粒子と前記親水性粒子とを分離する分離工程と、
を含む、分離方法が提供される。
【００１２】
前記分離工程では、分離装置内で前記スラリーを静置することにより、比重差を利用して、前記スラリーを、前記親水性粒子を含む前記水相と、前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相とに分離するようにしてもよい。
【００１３】
向流型多段連続プロセスにより、前記混合工程と前記分離工程の組合せをＮ段階（Ｎは２以上の整数）繰り返すようにしてもよい。
【００１４】
Ｎは３以上の整数であり、
１段目の前記混合工程で前記混合物及び前記水が投入され、
Ｎ段目の前記混合工程で前記疎水性液体が投入され、
ｎ段目（ｎは１以上、Ｎ−２以下の整数）の前記分離工程で分離された前記親水性粒子及び残存した前記疎水性粒子を含む前記水相と、ｎ＋２段目の前記分離工程で分離された前記疎水性粒子及び残存した前記親水性粒子を含む前記疎水性液体相とを、ｎ＋１段目の前記混合工程で混合してスラリー化するようにしてもよい。
【００１５】
１段目の前記分離工程で分離された前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相に残存した前記親水性粒子を除去する洗浄工程を更に含み、
前記洗浄工程は、
１段目の前記分離工程で分離された前記疎水性粒子及び前記残存した親水性粒子を含む前記疎水性液体相に、前記水を加えて混合してスラリー化する洗浄用混合工程と、
前記洗浄用混合工程で生成されたスラリーを、水相と疎水性液体相とに分離しながら、前記残存した親水性粒子を前記水相に移動させることにより、前記疎水性粒子と前記残存した親水性粒子とを分離する洗浄用分離工程と、
を含むようにしてもよい。
【００１６】
前記洗浄工程の前記洗浄用混合工程及び前記洗浄用分離工程の組合せをＭ段階（Ｍは２以上の整数）繰り返すようにしてもよい。
【００１７】
前記分離工程により分離された前記親水性粒子を含む前記水相から、前記水を分離して、前記親水性粒子を回収する第１回収工程と、
前記分離工程により分離された前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相から、前記疎水性液体を分離して、前記疎水性粒子を回収する第２回収工程と、
を更に含み、
前記第１回収工程で分離された前記水、及び前記第２回収工程で分離された前記疎水性液体を、前記混合工程で再利用するようにしてもよい。
【００１８】
前記第１回収工程では、
前記分離工程により分離された前記親水性粒子を含む前記水相に対して、加温又は減圧のうち少なくともいずれかの処理を行うことにより、当該水相中に残存する前記疎水性液体を除去するようにしてもよい。
【００１９】
前記混合物に混入している磁着物を、磁石を用いて吸着して分離する磁選工程を更に含むようにしてもよい。
【００２０】
前記疎水性液体は、疎水性有機溶剤であり、
前記疎水性有機溶剤の比重は、１．０５超であり、かつ、前記疎水性粒子の比重よりも小さいようにしてもよい。
【００２１】
前記疎水性液体は、疎水性有機溶剤であり、
前記疎水性有機溶剤の沸点は、大気圧下において４０℃以上、１５０℃以下であるようにしてもよい。
【００２２】
前記疎水性液体は、疎水性有機溶剤であり、
前記疎水性有機溶剤の沸点は、大気圧下において４０℃以上、９５℃以下であるようにしてもよい。
【００２３】
前記親水性粒子は、金属酸化物であり、
前記疎水性粒子は、コークス粉又は石炭粉であるようにしてもよい。
【００２４】
前記混合物は、フライアッシュであるようにしてもよい。
【００２５】
前記分離工程より前に、前記フライアッシュに対して粉砕処理を施す粉砕工程をさらに含むようにしてもよい。
【００２６】
前記粉砕工程では、疎水性液体と水の少なくともいずれかと前記フライアッシュとを混合して混合液を生成し、前記混合液に含まれる前記疎水性粒子としてのカーボン粒子を、ビーズを用いて粉砕するようにしてもよい。
【００２７】
前記ビーズの直径が１ｍｍ以下であるようにしてもよい。
【００２８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
前記分離方法を用いて分離された前記親水性粒子を含む前記水相から、前記親水性粒子を回収する、親水性粒子の回収方法が提供される。
【００２９】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
前記分離方法を用いて分離された前記親水性粒子を含む前記水相を回収する、親水性粒子の回収方法が提供される。
【００３０】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、
前記分離方法を用いて分離された前記疎水性粒子を含む前記疎水性液体相から、前記疎水性粒子を回収する、疎水性粒子の回収方法が提供される。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように本発明によれば、疎水性粒子と親水性粒子が混在する混合物から疎水性粒子と親水性粒子を分離するときの分離速度及び分離効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る分離方法において、疎水性粒子と親水性粒子を含む混合物に水と疎水性有機溶剤を混合及び撹拌した直後の混合液の状態を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る分離方法において、混合液を１〜３０秒程度静置した後の状態の一例を示す模式図である。
【図３Ａ】本実施形態に係る分離方法において、混合液を３０秒以上静置した後の状態の一例を示す模式図である。
【図３Ｂ】本実施形態に係る分離方法において、混合液を３０秒以上静置した後の状態の別の例を示す模式図である。
【図４】水相のスラリー濃度ＣＳとスラリー比重ｄＳとの関係を示したグラフである。
【図５】親水性粒子の粒子径φＰと、水被膜粒子の見掛け比重ｄＰとの関係を示すグラフである。
【図６】同実施形態に係る粒子分離装置と、それを用いた単段連続プロセスを示す模式図である。
【図７】同実施形態の変更例に係る粒子分離装置と、それを用いた単段連続プロセスを示す模式図である。
【図８】同実施形態に係る横流式分離装置を示す模式図である。
【図９】同実施形態の変更例に係る上昇流式分離装置を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る粒子分離装置を用いた向流型２段連続プロセスを示す模式図である。
【図１１】同実施形態に係るＮ段の向流型多段連続プロセスによる分離方法を示す工程図である。
【図１２】同実施形態に係る洗浄工程を追加した向流型多段連続プロセスによる分離方法を示す工程図である。
【図１３】同実施形態に係る洗浄工程を多段階で実施する向流型多段連続プロセスによる分離方法を示す工程図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る磁選工程を含む向流型２段連続プロセスを示す模式図である。
【図１５】本発明の実施例に係る向流型３段連続プロセスの各段における疎水性粒子の含有率の変化を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例に係る洗浄工程を含む向流型４段連続プロセスの各段における疎水性粒子の含有率の変化を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例に係る洗浄工程を含む向流型４段連続プロセスの各段における疎水性粒子の含有率の変化を示すグラフである。
【図１８】従来の浮選方法における未燃カーボンの浮上原理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３４】
［１．分離方法の処理対象］
まず、本発明の第１の実施形態に係る分離方法による処理対象の混合物、親水性粒子、疎水性粒子、疎水性液体等について説明する。
【００３５】
表１は、本実施形態に係る分離方法の処理対象物（親水性粒子と疎水性粒子の混合物）の例を示す。表１に示すように、例えば、処理対象物のフライアッシュや高炉ガス灰は、親水性粒子である金属酸化物（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３等）の粒子と、疎水性粒子である未燃カーボンの粒子（石炭粉等）とが混在した混合物である。また、処理対象物の石炭は、疎水性粒子であるカーボンの粒子（コークス粉又は石炭粉等）に、親水性粒子である金属酸化物（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等）の粒子が混入した混合物である。
【００３６】
【表１】
2019136701.tif 000003
【００３７】
より具体的には、フライアッシュは、親水性粒子である酸化物粒子を約９０〜９５質量％含み、疎水性粒子である未燃カーボンを約５〜１０質量％含むものが多い。フライアッシュの粒子径は約１〜２００μｍである。フライアッシュ中の一部の粒子は、カーボンと金属酸化物が一体となった粒子として存在している。
【００３８】
高炉ガス灰とは、高炉へ装入した原料の粉塵、高炉内の冶金反応により生じた粉塵等を捕集したもの、言い換えると高炉集塵灰であり、成分として、カーボンを１５〜３０質量％含む。高炉ガス灰の粒子径は、約１〜２００μｍである。高炉ガス灰の成分例を以下の表２に示す。高炉ガス灰は、疎水性粒子として、コークス由来のカーボンを含んでいる。また、高炉ガス灰は、親水性粒子として、表２に示す複数種の金属酸化物を含んでいる。高炉ガス灰中の一部の粒子は、カーボンと金属酸化物が一体となった粒子として存在している。
【００３９】
【表２】
2019136701.tif 000004
【００４０】
本実施形態では、上記のような親水性粒子と疎水性粒子の混合物から、親水性粒子（例えば金属酸化物）と疎水性粒子（例えばカーボン）をそれぞれ分離して回収する。これにより、金属酸化物は、例えば、コンクリート用原料（骨材、混和剤等）や建材の原料等に再利用され、カーボンは、例えば、発電用、製鉄用、セメントクリンカー用の石炭等として再利用される。この際、回収される金属酸化物中におけるカーボン含有率を例えば３質量％以下にまで低下させることができれば、ＪＩＳ  Ａ６２０１−２００８に記載のコンクリート用フライアッシュＩ種の品質規定中の強熱減量（未燃カーボンの含有率とほぼ同値）の範囲内になり、他の粉末度などの品質規定を調整することにより、コンクリート用フライアッシュとして、金属酸化物を有償でリサイクル可能となり、さらにそのリサイクル用途も拡張する。
【００４１】
次に、本実施形態に係る分離方法で使用する疎水性液体について説明する。疎水性液体は、疎水性を有する液体、即ち、水に対する親和性が低い（水に溶解し難い、若しくは水と混ざり難い）性質を有する液体である。疎水性液体は、例えば、２０℃の水に対する溶解度が０ｇ／Ｌ以上、５．０ｇ／Ｌ以下の液体である。なお、本明細書における疎水性とは、親油性を含む性質である。疎水性液体は、例えば、疎水性を有する有機溶剤（以下、「疎水性有機溶剤」という。）、又は各種の油等であってよい。疎水性液体は、水に対する親和性が低いので、疎水性液体と水を混合及び撹拌した混合液を静置すると、水を主体とする水相と、疎水性液体（例えば疎水性有機溶剤）を主体とする疎水性液体相（例えば疎水性有機溶剤相）の２相に分離される。
【００４２】
さらに、本実施形態では、疎水性液体として、水よりも比重が大きい液体、即ち、比重が１より大きい液体を使用する。水よりも比重が大きい疎水性液体を用いることで、疎水性液体と水の混合液を撹拌した後に静置すると、両液の比重差によって、上側の水相と、下側の疎水性液体相とに分離される。
【００４３】
表３は、本実施形態に係る分離方法で使用される疎水性液体の例を示す。表３に示すように、疎水性液体は、例えば、フッ素系、臭素系又は塩素系の有機溶剤であってもよいし、シリコーンオイル等の油であってもよい。表３に例示した疎水性液体はいずれも、その比重が１超であり、水に対する溶解度が５ｇ／Ｌ以下であり、疎水性を有する。
【００４４】
【表３】
2019136701.tif 000005
【００４５】
疎水性液体の比重は、１．０５超であることが好ましい。これにより、水（比重１）と疎水性液体を混合して静置した後、例えば１〜３０秒程度の短時間で迅速に、水相と疎水性液体相の２相に分離でき、分離速度を増加できる。また、疎水性液体の比重は、疎水性粒子の比重（例えば１．２〜１．８）よりも小さいことが好ましい。これにより、疎水性粒子を含む疎水性液体相から、疎水性粒子を分離及び回収する工程において、固液分離装置を用いて、疎水性液体と疎水性粒子を効率的に分離できるようになるが、その詳細は後述する。
【００４６】
次に、親水性粒子と疎水性粒子について説明する。親水性粒子は、水に対する親和性を有する粒子であり、上記疎水性液体よりも水に混ざり易い性質を有する。一方、疎水性粒子は、上記疎水性液体に対する親和性を有する粒子であり、水よりも疎水性液体に混ざり易い性質を有する。従って、水と疎水性液体の混合液中では、親水性粒子は疎水性液体相から水相に移動して、主に水相中に分散して存在するようになる。一方、疎水性粒子は水相から疎水性液体相に移動して、主に疎水性液体相中に分散して存在するようになる。
【００４７】
親水性粒子は、例えば、上記表１に示したようにＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３等の金属酸化物の粒子であるが、親水性を有する粒子であれば、その他の材質の粒子であってもよい。一方、疎水性粒子は、例えば、未燃カーボン等の石炭粉若しくはコークス粉、プラスチック粉などであるが、疎水性を有する粒子であれば、その他の材質の粒子であってもよい。本実施形態が対象とする親水性粒子の粒子径は、５００μｍ以下であり、２００μｍ以下であることが好ましい。疎水性粒子の粒子径は、５００μｍ以下である。なお、詳細は後述する。
【００４８】
処理対象物である混合物中に含まれる親水性粒子の含有率、疎水性粒子の含有率は、特に限定されないが、例えば、混合物中の親水性粒子の含有率は５〜９７質量％であってよく、疎水性粒子の含有率は３〜９５質量％程度であってよい。ただし、親水性粒子と疎水性粒子６の含有率は合計で１００質量％以下である。疎水性粒子がカーボンである場合、例えば、混合物がフライアッシュ又は高炉ガス灰である場合、強熱減量率を測定し、その値を疎水性粒子の含有率とすることができる。強熱減量率とは、１０５℃で乾燥したサンプルを９７５℃にセットした大気雰囲気化の炉内で１５分以上保持した際の質量減少率である。また、疎水性粒子がプラスチックである場合、例えば、ポリエチレンテレフタレート粉又は塩化ビニル樹脂粉である場合、例えば燃焼−赤外線吸収法にてサンプル中のカーボン含有率を測定し、そのカーボン含有率から各プラスチックの組成に合わせて換算し、その換算値を疎水性粒子の含有率とすることができる。なお、上記燃焼−赤外線吸収法は、サンプルを助燃剤（純鉄粉とタングステン粉）で覆い、高周波炉内で加熱・燃焼させ、サンプル中のカーボン成分をＣＯ２にガス化させ、発生したＣＯ２量より、サンプル中のカーボン含有率を測定する方法である。
【００４９】
また、表１に示したように、親水性粒子の比重は、例えば、２．４〜２．６（Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２）、４〜５（Ｆｅ２Ｏ３）である。疎水性粒子の比重は、例えば、１．２〜１．８である。疎水性粒子がカーボン粒子である場合、カーボン粒子の比重は、例えば１．３〜１．５である。このように親水性粒子の比重よりも疎水性粒子の比重の方が小さい場合であっても、本実施形態に係る分離方法によれば、後述するように、親水性粒子を上相の水相に浮上させ、疎水性粒子を下相の疎水性液体相に沈降させて、両粒子を迅速かつ効率的に湿式分離することができる。なお、本明細書において、粒子の比重とは、粒子自体の比重（真比重）であって、粒子嵩比重ではない。
【００５０】
［２．分離方法の概要］
次に、本実施形態に係る混合物から親水性粒子と疎水性粒子を分離する方法の概要について説明する。
【００５１】
本実施形態に係る分離方法は、親水性粒子（例えば金属酸化物）と疎水性粒子（例えば未燃カーボン）が混在する混合物（例えばフライアッシュ）から、親水性粒子と親水性粒子をそれぞれ分離する湿式分離方法である。
【００５２】
この分離方法では、親水性粒子の抽出剤として水を使用するとともに、疎水性粒子の抽出剤として、水より比重が大きい疎水性液体を使用する。そして、当該水と疎水性液体を、処理対象の混合物（固形分）に混合して撹拌し、混合物が分散した混合液（第１スラリー）を生成する（混合工程）。次いで、分離装置（例えば、沈殿槽、静置槽等のセトラー）内で当該混合液を静置することで、水と疎水性液体の比重差を利用して、上記混合液を上側の水相と、下側の疎水性液体相との２相に分離しつつ、親水性粒子を水相に移動させ、疎水性粒子を疎水性液体相に移動させる（分離工程）。なお、少量の混合物を処理する場合等では、分離装置として、セトラーに替えて、ビーカー等の各種の容器を用いて、混合液を静置し、水相と疎水性液体相に分離することもできる。さらに、上記分離工程で分離された水相（第２スラリー）から、親水性粒子を分離して回収するとともに（第１回収工程）、上記分離工程で分離された疎水性液体相（第３スラリー）から、疎水性粒子を分離して回収する（第２回収工程）。これによって、親水性粒子と疎水性粒子を迅速かつ効率的に分離でき、含有率の高い親水性粒子と疎水性粒子をそれぞれ回収して再利用することができる。以下に、かかる分離方法について詳述する。
【００５３】
［２．１．分離原理と作用効果］
ここで、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る分離方法の原理について説明する。なお、疎水性粒子及び親水性粒子の比重は１より大きいものとする。また、疎水性液体として疎水性有機溶剤を用いることとする。また、以下では、「疎水性有機溶剤」を「疎水性溶剤」若しくは単に「溶剤」等と称し、「疎水性有機溶剤相」を「疎水性溶剤相」若しくは単に「溶剤相」と称する場合もある。
【００５４】
図１は、疎水性粒子と親水性粒子を含む混合物に、水と疎水性有機溶剤を投入し、激しく撹拌した直後に、混合物と水と疎水性有機溶剤の混合液（第１スラリー）が上側の水相１と下側の疎水性有機溶剤相２とに分離した状態を示す。図２は、上記撹拌後に１〜３０秒程度静置することにより、混合液が、親水性粒子５を含む水相１と、疎水性粒子６を含む疎水性有機溶剤相２とに分離された状態を示す。
【００５５】
図１に示すように、混合液の撹拌直後には、水相１中には疎水性有機溶剤の液滴３（以下、「溶剤液滴３」又は単に「液滴３」と称する場合もある。）が存在し、疎水性有機溶剤相２中には水滴４が存在する。溶剤液滴３の内部には疎水性粒子６が含まれ、当該溶剤液滴３の表面には疎水性粒子６が付着している。一方、水滴４の内部には親水性粒子５が含まれ、水滴４の表面には親水性粒子５が付着している。混合液の撹拌強度にもよるが、溶剤液滴３、水滴４は例えば０．５ｍｍ以上の直径を有するものが多い。
【００５６】
水の比重は１であり、疎水性有機溶剤の比重は１．０５〜１．８である。水及び疎水性有機溶剤の比重、粘度の影響もあるが、水相１中の溶剤液滴３（直径０．５ｍｍ）の沈降速度は、例えば、約０．０５〜０．１ｍ／ｓｅｃと非常に大きく、溶剤液滴３に付着している疎水性粒子６の沈降速度も同様に大きい。また、水及び疎水性有機溶剤の比重、粘度の影響もあるが、疎水性有機溶剤相２中の水滴４（直径０．５ｍｍ）の浮上速度は、例えば、約０．１〜０．２ｍ／ｓｅｃと非常に大きく、水滴４に付着している親水性粒子５の浮上速度も同様に大きい。
【００５７】
水相１において、疎水性粒子６の多くは、溶剤液滴３に付着するか、当該溶剤液滴３の内部に取り込まれる。しかし、水相１中には、溶剤液滴３に付着できなかった疎水性粒子６も少ないが存在する。当該疎水性粒子６の表面には、水より比重が大きい疎水性有機溶剤の液膜が薄く（例えば約５〜２０μｍ）付着している。そのため、疎水性有機溶剤の液膜が付着した疎水性粒子６の見掛け比重は、疎水性溶剤の比重と疎水性粒子６の比重の中間の比重となる。よって、疎水性粒子６の表面に付着した疎水性有機溶剤の液膜により、当該見掛け粒子径（液膜厚を含む）は大きくなる。このため、水相１中において、疎水性有機溶剤が付着した疎水性粒子６は、沈降し易くなり、その沈降速度は大きくなる。
【００５８】
一方、疎水性有機溶剤相２中には、水滴４に付着できなかった親水性粒子５も少ないが存在する。当該親水性粒子５の表面には水被膜が薄く（例えば約５〜２０μｍ）付着している。水の比重は、疎水性有機溶剤の比重より小さいため、当該水被膜で被覆された親水性粒子５（以下、「水被膜粒子５」と称する場合もある。）の見掛け比重は、親水性粒子５自体の比重より小さくなる。このため、付着した水被膜の厚さが一定であるとき、水被膜粒子５の見掛けの粒子径（親水性粒子５と水被膜を合わせた粒子径）が小さいと、水被膜粒子５は、疎水性有機溶剤相２から水相１へ浮上する一方、当該見掛けの粒子径が大きいと、疎水性有機溶剤相２内の水被膜粒子５は、疎水性有機溶剤相２内を沈降する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る分離方法では、図１に示す水相１中において、疎水性粒子６が付着した溶剤液滴３と、疎水性有機溶剤の液膜が付着した疎水性粒子６は、水相１から疎水性有機溶剤相２に迅速に沈降する。さらに、図１に示す疎水性有機溶剤相２中において、親水性粒子５が付着した水滴４と、水膜が付着した親水性粒子５は、疎水性有機溶剤相２から水相１に迅速に浮上する。
【００６０】
従って、本実施形態では、分離対象である混合物と、水及び疎水性有機溶剤とを混合・撹拌した後、その混合液を静置することで、例えば１〜３０秒程度の短時間で、図２に示すように、混合液は上側の水相１と、下側の疎水性有機溶剤相２とに分離される。かかる上下２相の液相の分離に伴い、疎水性粒子６は、大きな沈降速度で沈降して疎水性有機溶剤相２に移動する。一方、親水性粒子５は、大きな浮上速度で浮上して水相１に迅速に移動する。このため、親水性粒子５と疎水性粒子６を迅速に分離できる。
【００６１】
ここで、上記特許文献１に記載の従来の浮選方法では、本実施形態のように大量の疎水性有機溶剤を用いるのではなく、灯油、軽油等の捕集剤と起泡剤をわずかに用いて、比重が相対的に小さい疎水性粒子（未燃カーボン１０１）を気泡１０３に付着させて浮上させていた（図１８参照。）。このとき、水に添加される捕集剤及び起泡剤の添加量は、フライアッシュの質量に対して数質量％程度と微量である。しかし、かかる従来方法では、未燃カーボン１０１の粒子径が大きい場合には、未燃カーボン１０１が気泡１０３に付着したとしても、気泡１０３から剥がれ易いため、浮上しにくくなり、分離し難い。この従来方法では、沈降しようとする未燃カーボン１０１に気泡を付着させて、重力に逆らって無理矢理に浮上させようとしている。このため、浮上速度が非常に遅く、未燃カーボン含有率を低含有率（例えば３質量％以下）まで低下させるまでの時間が１時間程度もかかるだけでなく、回収された親水性粒子（金属酸化物）中における未燃カーボン１０１の含有率を目標値以下（例えば３質量％以下）に低下できない場合もあるなど、分離効率も悪いという問題があった。
【００６２】
これに対し、本実施形態に係る分離方法では、水よりも比重の大きい疎水性有機溶剤を、水と同程度に大量に用いて、当該疎水性有機溶剤と水との分離作用を利用して、親水性粒子５と疎水性粒子６を分離する点が特徴である。即ち、大量の疎水性有機溶剤と疎水性粒子６を確実に接触させることにより、比重が相対的に小さい疎水性粒子６（例えば、比重：１．３〜１．５）を、溶剤液滴３等とともに沈降させて、下相の疎水性有機溶剤相２（例えば、比重：１．０５超、１．８以下）に取り込む。一方、比重が相対的に大きい親水性粒子５（例えば、比重：２．４〜２．６）を水滴４等とともに浮上させて、上相の水相１（比重：１）に取り込む。なお、疎水性粒子６の比重が親水性粒子５の比重より大きくても、上記のように水及びこれと同程度の量の疎水性有機溶剤を用いて、親水性粒子５と疎水性粒子６を分離することは可能である。
【００６３】
さらに、本実施形態に係る分離方法では、後述するように分離工程で使用した疎水性有機溶剤を、後段の固液分離、蒸留処理などの回収工程により回収して、混合工程及び分離工程に再利用する。これにより、混合工程及び分離工程において、大量の疎水性有機溶剤を循環使用できるので、当該工程中において、疎水性粒子６と疎水性有機溶剤との接触確率は非常に高い。さらに、比重が１より大きい疎水性粒子６と、比重が１より大きい疎水性有機溶剤とが付着するため、疎水性粒子６を、より沈降し易くできる。
【００６４】
従って、本実施形態に係る分離方法は、上記特許文献１に記載の従来の浮選方法と比べて、疎水性粒子６（例えば未燃カーボン）を疎水性有機溶剤相２中に効率的に分離して分離でき、混合物から疎水性粒子６を分離する能力に優れる。よって、疎水性粒子６の分離速度を大幅に高めることができるとともに、分離効率も向上できるので、回収された親水性粒子５中における疎水性粒子６の含有率を大幅に低減できる。
【００６５】
以上のように、水相１と疎水性有機溶剤相２を利用して、親水性粒子５と疎水性粒子６を湿式分離した結果、最終的には、図２に示すように、疎水性粒子６は水相１内にはほとんど含まれなくなる。このため、分離工程で用いた容器の上部から水相１（親水性粒子５を含む第２スラリー）を抜き出し、脱水することで、疎水性粒子６の含有率が低い親水性粒子５を回収することができる。一方、当該容器の下部から疎水性有機溶剤相２（疎水性粒子６を含む第３スラリー）を抜き出し、疎水性有機溶剤を固液分離することで、親水性粒子５の含有率が低い疎水性粒子６を回収することもできる。
【００６６】
また、図１及び図２に示してはいないが、水相１と気相９との界面において、表面張力により、疎水性有機溶剤の薄い表層が、水相１の表層よりも上側に形成される場合がある。この疎水性有機溶剤の表層には疎水性粒子６が付着しうる。従って、分離工程により分離された水相１（親水性粒子５を含む第２スラリー）を容器から抜き出す際に、水相１の表層付近から採取するよりも、水相１の表層から例えば２〜３０ｃｍ程度下の領域から、親水性粒子５を含む第２スラリーを抜き出すことが好ましい。これにより、上記水相１の上側に形成された疎水性有機溶剤の表層に浮上している疎水性粒子６を、採取しないようにすることができる。従って、回収される親水性粒子５中における疎水性粒子６の含有率を、さらに低減できる。
【００６７】
［２．２．水相のスラリーの比重と疎水性有機溶剤の比重との関係］
次に、図３Ａ及び図３Ｂ（以下、「図３」と総称する場合もある。）並びに図４を参照して、上記分離方法を実現するために好適な、親水性粒子５を含む水相１のスラリーの比重と、疎水性有機溶剤の比重との関係について説明する。
【００６８】
図３に示す水相１中の親水性粒子５の比重は、通常、疎水性有機溶剤の比重より大きいことが多い。にもかかわらず、水相１中の親水性粒子５は、疎水性有機溶剤相２中には沈まずに、水相１に滞留していることがほとんどである。
【００６９】
特に、図３に示すように、上記分離方法では、水相１（即ち、水と親水性粒子５のスラリー）に分散していた親水性粒子５が水相１内を沈降し、水相１の下部で、親水性粒子５の濃縮部７を形成するようになる。濃縮部７は、水相１の下部において、多数の親水性粒子５が密集して存在する領域である。濃縮部７のスラリーの比重が、疎水性有機溶剤の比重より十分に小さいと、水相１と疎水性有機溶剤相２との界面は水平になり、明確になる。しかし、濃縮部７のスラリーの比重が、疎水性有機溶剤相２の比重とほぼ同等、若しくは大きくなると、濃縮部７のスラリーが溶剤相２に沈降し、水相１と疎水性有機溶剤相２との界面は不明瞭になる。
【００７０】
例えば、疎水性有機溶剤としてトリクロロエチレン（比重：１．４６）と水（比重：１）を混合した混合液に、親水性粒子５を主体とする混合物（フライアッシュ）を投入していくと、トリクロロエチレン相（溶剤相２）と水相１との界面が不明瞭になる。このとき、水相１内で沈殿したフライアッシュの濃縮部７のスラリーの平均比重は、１．３５であり、トリクロロエチレンの比重（１．４６）に近くなる。フライアッシュの濃縮部７の中でも、水相１とトリクロロエチレン相との界面付近では、圧密が界面から進んでいくため、濃縮部７のスラリーの比重は高くなり、トリクロロエチレンの比重１．４６にさらに近くなるため、上記界面が不明瞭になると考えられる。特に図３Ｂのように、溶剤相２中を浮上する疎水性粒子６が多くなるにつれて、溶剤相２内の疎水性粒子６の濃縮部７’の見掛け比重は、溶剤そのものの比重より小さくなり、水相１内の親水性粒子５の濃縮部７の見掛け比重と近くなる。そのため、さらに、水相１と溶剤相２の界面は不明瞭となる。
【００７１】
図４は、水相１のスラリー濃度ＣＳとスラリー比重ｄＳとの関係を示したグラフである。図４では、主な疎水性有機溶剤の比重の範囲も示してある。
【００７２】
ここで、スラリー濃度ＣＳ［質量％］は、水相１（水と親水性粒子５のスラリー）に含まれる親水性粒子５の質量割合であり、以下の式（１）で表される。スラリー比重ｄＳは、水相１（水と親水性粒子５のスラリー）の見掛け密度ρＳ［ｇ／ｃｍ３］を、同温度及び同圧力における水の密度ρｗ［ｇ／ｃｍ３］で除算した値であり、以下の式（２）で表される。
【００７３】
ＣＳ＝ｍＰ／（ｍＰ＋ｍＷ）  ・・・（１）
ｄＳ＝ρＳ／ρｗ＝（ｍＰ＋ｍＷ）／（ＶＰ＋ＶＷ）／ρｗ  ・・・（２）
ｍＰ［ｇ］    ：水相１に含まれる親水性粒子５の質量
ｍＷ［ｇ］    ：水相１に含まれる水の質量
ＶＰ［ｃｍ３］  ：水相１に含まれる親水性粒子５の体積
ＶＷ［ｃｍ３］  ：水相１に含まれる水の体積
ρＳ［ｇ／ｃｍ３］：水相１における水と親水性粒子５のスラリーの見掛け密度
ρｗ［ｇ／ｃｍ３］：同温度及び同圧力における水の密度
【００７４】
図４に示すように、分離対象物がフライアッシュ（比重：２．４）であり、疎水性溶剤がトリクロロエチレン（比重：１．４６）である場合、スラリー濃度ＣＳが５４質量％以上になると、スラリー比重ｄＳが１．４６以上になる。よって、スラリー濃度ＣＳが５４質量％未満であれば、フライアッシュに含まれる金属酸化物（親水性粒子５）と水のスラリー（水相１）は、トリクロロエチレン相（溶剤相２）中には沈降しないといえる。しかし、フライアッシュと水を混合した場合、スラリー濃度ＣＳが５４質量％であると、当該混合物は、固い泥状となり、スラリー状ではなくなるため、混合性が悪くなり、トリクロロエチレンに対して混合することは難しい。
【００７５】
そこで、分離対象物としてフライアッシュを用いる場合は、フライアッシュ中の未燃カーボンの存在形態にもよるため、実験により求める必要はあるが、スラリー濃度ＣＳは、３８質量％未満であることが好ましい。スラリー濃度ＣＳが３８質量％超になると、処理後のフライアッシュ中の未燃カーボンの含有率の低下はほとんど見られないが、スラリー濃度ＣＳを、３８質量％未満にすると、処理後のフライアッシュ中の未燃カーボンの含有率は低下し、さらには、２７質量％未満になると、処理後のフライアッシュ中の未燃カーボンの含有率は低位で一定となる。従って、水相１のスラリー濃度ＣＳが３８質量％未満となるように、混合工程におけるフライアッシュと水の混合比を調整したり、適切な比重の疎水性有機溶剤を選択したりすることが好ましい。
【００７６】
また、分離対象物が高炉ガス灰（比重：４．０）であり、疎水性溶剤がトリクロロエチレン（比重：１．４６）である場合、図４に示すように、スラリー濃度ＣＳが４２質量％以上になると、スラリーの比重が１．４６以上になる。よって、スラリー濃度ＣＳが４２質量％未満であれば、高炉ガス灰に含まれる金属酸化物（親水性粒子５）と水のスラリー（水相１）は、トリクロロエチレン相（溶剤相２）中には沈降しないといえる。
【００７７】
高炉ガス灰は、フライアッシュよりも、水相１とトリクロロエチレン相（溶剤相２）との界面付近で濃縮し易く、濃縮部７でのスラリー比重ｄＳが大きくなり易い。このため、高炉ガス灰中の未燃カーボンの存在形態によるため、実験により求める必要はあるが、濃縮部７でのスラリー比重ｄＳを低くするために、スラリー濃度ＣＳは１４質量％未満であることが好ましい。スラリー濃度ＣＳが１４質量％超になると、処理後の高炉ガス灰中の未燃カーボンの含有率の低下はほとんど見られないが、スラリー濃度ＣＳを、１４質量％未満にすると、処理後の高炉ガス灰中の未燃カーボンの含有率は低下し、さらには、ＣＳが７質量％未満になると、処理後の高炉ガス灰中の未燃カーボンの含有率は低位で一定となる。
【００７８】
以上、図４を参照して説明したように、親水性粒子５の比重が大きいほど、比重が大きい疎水性有機溶剤を選択することにより、親水性粒子５が水相１から溶剤相２に沈降することを防止でき、水相１内の親水性粒子５の含有率（スラリー濃度ＣＳ）を高くすることができる。なお、親水性粒子５の比重が小さい場合には、比重が小さい疎水性有機溶剤を敢えて選択する必要はなく、適用できる疎水性有機溶剤の比重の範囲を拡張できる。
【００７９】
［２．３．親水性粒子の見掛け粒子径と疎水性有機溶剤の比重との関係］
次に、図１及び図５を参照して、上記分離方法を実現するために好適な、疎水性有機溶剤相２中において水膜で被覆された親水性粒子５（「水被膜粒子５」ともいう。）の見掛け粒子径と、疎水性有機溶剤の比重との関係について説明する
【００８０】
図１に示すように、疎水性有機溶剤相２中には、水滴４に付着できなかった親水性粒子５の表面に、薄い水被膜（例えば約５〜２０μｍ）が付着する場合もある。当該水被膜で被覆された親水性粒子５の見掛け比重は、親水性粒子５自体の比重より小さくなる。水被膜の厚さ、親水性粒子５の空隙等などによって、親水性粒子５に付着する水被膜の量は異なる。
【００８１】
例えば、図５は、空隙がない球形の微粒子（親水性粒子５）に１０μｍ厚の水被膜が付着した場合の、親水性粒子５の粒子径φＰと、水被膜粒子５の見掛け比重ｄＰとの関係を示すグラフである。
【００８２】
ここで、水被膜粒子５の見掛け比重ｄＰは、水被膜粒子５の見掛け密度ρＰ［ｇ／ｃｍ３］を、同温度及び同圧力における水の密度ρｗ［ｇ／ｃｍ３］で除算した値であり、以下の式（３）で表される。
【００８３】
ｄＰ＝ρＰ／ρｗ＝（ｍＰ＋ｍＣ）／（ＶＰ＋ＶＣ）／ρｗ  ・・・（３）
ｍＰ［ｇ］    ：親水性粒子５の質量
ｍＣ［ｇ］    ：親水性粒子５に付着した水被膜の質量
ＶＰ［ｃｍ３］  ：親水性粒子５の体積
ＶＣ［ｃｍ３］  ：親水性粒子５に付着した水被膜の体積
ρＰ［ｇ／ｃｍ３］：水被膜粒子５の見掛け密度
ρｗ［ｇ／ｃｍ３］：同温度及び同圧力における水の密度
【００８４】
図５に示すように、親水性粒子５の粒子径φＰが小さいほど、親水性粒子５の粒子径φＰに対して水被膜の厚さｔが大きくなるため、水被膜粒子５の見掛け比重ｄＰは小さくなる。水被膜粒子５の見掛け比重ｄＰが疎水性有機溶剤の比重より小さくなると、水被膜粒子５は溶剤相２内で浮上し、水相１に移動する。
【００８５】
従って、親水性粒子５の粒子径φＰ、水被膜の厚さｔ、親水性粒子５の空隙の度合い等に応じて、適切な比重の疎水性有機溶剤を選択し、水被膜粒子５の見掛け比重ｄＰが疎水性有機溶剤の比重より小さくなるように調整することが好ましい。水被膜の厚さｔ等を直接測定することが困難である場合、例えば、栓付メスシリンダーに水８０ｍｌと疎水性有機溶剤２０ｍｌからなる混合液に親水性粒子５を０．５〜１ｇ入れ、そのとき親水性粒子５のほとんどが疎水性有機溶剤相２に沈降しないような疎水性有機溶剤を選択することが好ましい。これにより、上記分離工程において、水被膜粒子５を溶剤相２から水相１に浮上させて、水相１内に滞留させることができ、親水性粒子５を疎水性有機溶剤及び疎水性粒子６から迅速かつ効率的に分離できる。
【００８６】
［２．４．粒子の粒子径又は比重の好ましい範囲］
次に、図３を参照して、上記分離方法を実現するために好適な、粒子の粒子径又は比重の範囲について説明する。図３に示すように、親水性粒子５が水相１中を沈降し、水相１と疎水性溶剤相２との界面に到達した状態で、当該親水性粒子５には、浮力と界面張力と重力とが作用する。界面張力は、上記界面において、親水性粒子５が一方の相１から他方の相２へ移動することを阻害するエネルギー障壁として作用する。これらの力のバランスによって、親水性粒子５がどちらの相に移動するのかが決まるとも言える。親水性粒子５に作用する浮力と界面張力との合計を重力が上回る程度に、親水性粒子５の粒子径が大きいか、又は水の比重に対して親水性粒子５の比重が大きいと、当該粒子５が水相１から界面を通過して溶剤相２へ移動してしまうと考えられる。この場合、親水性粒子５と疎水性粒子６との分離効率が低下する。この観点からは、界面を通過して溶剤相２へ移動してしまう程度に粒子径が大きいか又は比重が大きい親水性粒子５を、分離処理の前に除いておくことが好ましい。例えば、分離処理前の混合物に含まれる親水性粒子５の粒子径は、５００μｍ以下であってよく、２００μｍ以下であることが好ましい。
【００８７】
図３Ｂに示すように、疎水性溶剤相２中を浮上し、界面に到達した疎水性粒子６についても上記と同様である。疎水性粒子６に作用する重力と界面張力との合計を浮力が上回る程度に、疎水性粒子６の粒子径が大きいか、又は疎水性溶剤の比重に対して（特に水の比重よりも）疎水性粒子６の比重が小さいと、当該粒子６が溶剤相２から界面を通過して水相１へ移動してしまうと考えられる。この観点からは、界面を通過して水相１へ移動してしまう程度に粒子径が大きいか又は比重が小さい疎水性粒子６を、分離処理の前に除いておくことが好ましい。例えば、分離処理前の混合物に含まれる疎水性粒子６の粒子径は、５００μｍ以下であってよく、２００μｍ以下であることが好ましい。なお、これら親水性粒子５又は疎水性粒子６の最大粒子径は、篩による篩分けや、サイクロンによる分級をすることでコントロールすることができる。
【００８８】
［３．粉砕処理による分離性向上］
疎水性粒子と親水性粒子とが混在する混合物には、部分的に疎水性粒子と親水性粒子が一体化しているものがある。例えば、混合物がフライアッシュである場合、フライアッシュ中の酸化物粒子は、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２を成分の主体としたほぼ球形の粒子である。多くの酸化物粒子は、未燃カーボン粒子の外側に存在している。しかし、フライアッシュ中の未燃カーボン粒子は、多孔質であり、未燃カーボン粒子中の細孔部分には、酸化物粒子の一部が入りこんでいる。未燃カーボン粒子中に入りこんでいる酸化物粒子の比率は、未燃カーボンの質量と同量におよぶことがある。
【００８９】
上記の［２．分離方法の概要］に示した分離方法のみで、疎水性粒子と親水性粒子との分離はある程度までは進むが、混合物中に疎水性粒子と親水性粒子が一体化している部分が多いと、分離性は悪化する。例えば、混合物がフライアッシュである場合、分離して回収した親水性粒子中の未燃カーボン含有率は、３質量％以下になることが多いが、３質量％を超える場合もあり、変動する。分離して回収した疎水性粒子中の未燃カーボン含有率は、５０質量％以上になることが多いが、その含有率は大きく変動する。これらの変動の原因は、フライアッシュ中で未燃カーボン粒子と酸化物粒子が部分的に一体化しているためであり、一体化している部分が多いと、分離性は悪化する。そこで、［２．分離方法の概要］に示した方法で分離する前に、対象とする混合物に対して粉砕処理を施すことで、疎水性粒子と親水性粒子との分離性が向上する。
【００９０】
粉砕方法としては、スラリー状にした混合物を、ボールやビーズ等の粉砕媒体を用いたミルにより粉砕する、高せん断式ホモジナイザーの高速せん断羽根に衝突させて粉砕する、又は超音波粉砕機により超音波を照射して粉砕する、等のいずれを用いてもよい。混合物中の親水性粒子と疎水性粒子のそれぞれの硬さ又は両粒子の一体化状況等を観察し、最終的には粉砕方法をテストして、最適な方法を選定すればよい。
【００９１】
例えば、混合物がフライアッシュである場合、多孔質である未燃カーボン粒子は粉砕されやすいが、酸化物粒子は球形で緻密であり粉砕しにくい。よって、ビーズを用いた粉砕処理を採用することにより、フライアッシュ中に含まれる硬い酸化物粒子を破壊せずに、脆い未燃カーボン粒子を、短時間で効率的に粉砕できる。上記ビーズの直径（以下、ビーズ径という。）が大きいほど、略球状の酸化物粒子の間にある粒子径が小さい未燃カーボン粒子を粉砕するためには、硬い略球状の酸化物粒子を粉砕せねばならず、ビーズと粒子径の小さい未燃カーボン粒子が衝突する可能性は低くなる。一方、ビーズ径が小さく、言い換えるとビーズの曲率が大きくなるほど、ビーズは、硬い略球状の酸化物粒子と衝突せずに、粒子径の小さい未燃カーボン粒子と接触することができる。そのため、ビーズ径は１ｍｍ以下が好ましいといえる。
【００９２】
そこで、混合物がフライアッシュである場合、直径が１ｍｍ以下のビーズを使用し、１秒〜５分程度の粉砕処理を、スラリー状にしたフライアッシュに施すことで、主に未燃カーボン粒子のみを粉砕することができる。このとき、未燃カーボン粒子の細孔部に入りこんでいた酸化物粒子は、未燃カーボン粒子から放出される。このように粉砕処理を施した後のフライアッシュのスラリーに対して、［２．分離方法の概要］に示した分離方法を適用することにより、分離して回収した親水性粒子中の未燃カーボン含有率は１質量％以下に安定し、分離して回収した疎水性粒子中の未燃カーボン含有率は７０質量％以上９５％未満となり、安定化する。
【００９３】
［４．単段連続プロセス］
次に、本実施形態に係る分離方法及び回収方法を、１組の混合装置（混合工程）と分離装置（分離工程）を用いて、単段連続プロセスで実施する形態について説明する。なお、本実施形態に係る分離方法は、混合工程、分離工程及び回収工程等を回分処理で実施することも可能であるが、分離・回収速度及び生産性の観点からは、これら工程を同時並行する連続処理で実施することが好ましい。
【００９４】
［４．１．粒子分離装置の構成と分離方法］
まず、図６を参照して、本実施形態に係る粒子分離装置８の構成と、当該粒子分離装置８を用いた親水性粒子５と疎水性粒子６の分離方法及び回収方法について説明する。図６は、本実施形態に係る粒子分離装置８と、それを用いた単段連続プロセスを示す模式図である。
【００９５】
図６に示すように、粒子分離装置８は、ミキサー１０（混合装置）と、セトラー２０（分離装置）と、第１回収装置３０と、第２回収装置４０とを備える。
【００９６】
（１）混合装置による混合工程（Ｓ１）
混合工程では、親水性粒子５及び疎水性粒子６が混在した混合物を、水及び疎水性液体（以下では疎水性有機溶剤の例で説明する。）に混合して、混合液を撹拌してスラリー化し、第１スラリーを生成する（Ｓ１）。これにより、図１に示したように、親水性粒子５は水滴４の表面に付着、若しくは水滴４の内部に取り込まれ、疎水性粒子６は、溶剤液滴３の表面に付着、若しくは溶剤液滴３の内部に取り込まれる。
【００９７】
この混合工程（Ｓ１）を実行する混合装置としては、例えば、混合液を撹拌する撹拌翼を備えた容器、ラインミキサー、又は内部で混合液を撹可能なポンプなどを使用することができる。図６の例のミキサー１０は、混合液を撹拌する撹拌翼を備えた容器の一例である。
【００９８】
ミキサー１０は、モータ１１と撹拌翼１２を有する攪拌機である。このミキサー１０は、後段のセトラー２０に対して配管１３を介して接続されている。ミキサー１０の容器内部には、分離対象の混合物と、水と、水より比重が大きい疎水性有機溶剤とが投入される。ミキサー１０は、モータ１１により撹拌翼１２を回転させることにより、当該混合物と水と疎水性有機溶剤とを混合して、第１スラリー（親水性粒子５、疎水性粒子６、水及び疎水性有機溶剤の混合液）を生成する（混合工程）。
【００９９】
（２）分離装置による分離工程（Ｓ２）
セトラー２０は、分離工程を実行する分離装置の一例である。セトラー２０は、上記混合工程（Ｓ１）で生成された第１スラリーを静置することにより、水と疎水性有機溶剤の比重差を利用して、親水性粒子５を主として含む水相１と、疎水性粒子６を主として含む疎水性有機溶剤相２とに分離する（Ｓ２）。
【０１００】
セトラー２０は、複数種類の液体の混合液を静置して、比重差を用いて該液体を分離する比重分離装置の一例であり、上記ミキサー１０に対して配管１３を介して接続される。また、セトラー２０は、後段の第１回収装置３０に対して配管２１を介して接続され、当該配管２１には、親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）を送出するためのポンプ２２が設けられている。さらに、セトラー２０は、後段の第２回収装置４０に対しても配管２３を介して接続され、当該配管２３には、疎水性粒子６を含む溶剤相２（第３スラリー）を送出するためのポンプ２４が設けられている。
【０１０１】
セトラー２０は、ミキサー１０から配管１３を通じて導入された第１スラリーを、比重差を利用して、上相の水相１と、下相の疎水性有機溶剤相２とに分離しながら、親水性粒子５を水相１に移動させ、疎水性粒子６を溶剤相２に移動させることにより、親水性粒子５と疎水性粒子６を分離する。この分離原理は、前述の図１及び図２で説明した通りである。その後、親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）は、セトラー２０の上部から配管２１を通じて第１回収装置３０に排出される。一方、疎水性粒子６を含む溶剤相２（第３スラリー）は、セトラー２０の下部から配管２３を通じて第２回収装置４０に排出される。
【０１０２】
（３）第１回収装置３０による第１回収工程（Ｓ３）
第１回収装置３０は、上記分離工程（Ｓ２）により分離された親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）から水を分離して、親水性粒子５（例えば金属酸化物）を回収する（Ｓ３）。第１回収装置３０は、遠心分離機３１と、乾燥装置３２と、コンデンサー３３とを備える。
【０１０３】
遠心分離機３１は、固液分離装置の一例であり、遠心力を利用して、液体中に懸濁する固体と液体とを分離する。遠心分離機３１は、後段の乾燥装置３２に対して配管３４を介して接続され、前段のミキサー１０に対して配管３５を介して接続されている。遠心分離機３１には上記セトラー２０から上記親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）が導入される。遠心分離機３１は、遠心力を利用して、当該第２スラリーを、親水性粒子５と水とに分離する（固液分離工程）。遠心分離機３１で脱水された親水性粒子５は、配管３４を通じて乾燥装置３２に排出される。一方、遠心分離機３１で分離された水は、配管３５を通じてミキサー１０に戻されて、上記混合工程（Ｓ１）にて再利用される。
【０１０４】
なお、本実施形態では、遠心分離機３１による遠心分離により、第２スラリーを水と親水性粒子５に固液分離するが、これに替えて、フィルタープレス又は蒸留又はろ過等の固液分離方法を用いてもよい。ただし、疎水性有機溶剤が揮発性を有する場合、揮発した溶剤ガスの漏えいが激しいため、フィルタープレスを使用することは好ましくない。溶剤ガスの漏えいを少なくするには、固液分離装置として、例えば、蒸留装置、遠心分離装置、ろ過装置を使用することが好ましい。
【０１０５】
乾燥装置３２は、上記遠心分離機３１から導入された親水性粒子５を加熱して、残存する水分を蒸発させることで、親水性粒子５を乾燥させる（乾燥工程）。乾燥した親水性粒子５は、配管３６から排出されて回収される。コンデンサー３３は、乾燥装置３２から配管３７を通じて送出された水蒸気を凝縮して、液体の水に戻す（凝縮工程）。コンデンサー３３で生成された液体の水は、配管３８を通じてミキサー１０に戻されて、上記混合工程（Ｓ１）にて再利用される（第１リサイクル工程）。
【０１０６】
このように、本実施形態に係る親水性粒子５の回収方法では、第１回収工程（Ｓ３）にて、上記分離工程（Ｓ２）により分離された親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）を、遠心分離機３１により親水性粒子５と水に分離した後に、乾燥装置３２で親水性粒子５を乾燥させて、乾粉の親水性粒子５を回収する。しかし、第１回収工程（Ｓ３）は、かかる例に限定されず、上記分離工程（Ｓ２）により分離された親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）に対して、上記固液分離工程や乾燥工程を行わずに、そのまま回収して、水スラリー状態の親水性粒子５を回収してもよい。親水性粒子５を乾粉状態又は水スラリー状態のいずれで回収するかは、親水性粒子５のリサイクル用途等に応じて適宜選択可能である。
【０１０７】
また、第１回収工程（Ｓ３）では、上記分離工程（Ｓ２）により分離された親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）に対して、疎水性有機溶剤の沸点以上の温度まで加温する、又は、疎水性有機溶剤が蒸発する気圧まで減圧することにより、当該水相１中に残存する疎水性有機溶剤を蒸発させて除去することが好ましい。これにより、回収される親水性粒子５に疎水性有機溶剤が含まれることを防止でき、親水性粒子５の品質を向上できる。本実施形態に係る粒子分離装置８では、図６に示す乾燥装置３２による乾燥工程で、水とともに疎水性有機溶剤を加熱して蒸発させることで、第２スラリー中に残存している疎水性有機溶剤を除去できる。なお、疎水性有機溶剤が揮発性を有する場合には、常温で蒸発するが、疎水性有機溶剤の比重が水の比重より大きいことから、気相と直接接しないことが多いため、撹拌もしくはエアレーションを行う必要があり、揮発した溶剤が飛散しないように対処することが望ましい。
【０１０８】
（４）第２回収装置４０による第２回収工程（Ｓ４）
第２回収装置４０は、上記分離工程（Ｓ２）により分離された疎水性粒子６を含む疎水性有機溶剤相２（第３スラリー）から疎水性有機溶剤を分離して、疎水性粒子６（例えばカーボン）を回収する（Ｓ４）。第２回収装置４０は、遠心分離機４１と、乾燥装置４２と、コンデンサー４３とを備える。
【０１０９】
遠心分離機４１は、後段の乾燥装置４２に対して配管４４を介して接続され、前段のミキサー１０に対して配管４５を介して接続されている。遠心分離機４１には上記セトラー２０から上記疎水性粒子６を含む疎水性有機溶剤相２（第３スラリー）が導入される。遠心分離機４１は、遠心力を利用して、当該第３スラリーを、疎水性粒子６と疎水性有機溶剤とに分離する（固液分離工程）。遠心分離機４１で疎水性有機溶剤が分離された疎水性粒子６は、配管４４を通じて乾燥装置４２に排出される。一方、遠心分離機４１で分離された疎水性有機溶剤は、配管４５を通じてミキサー１０に戻されて、上記混合工程（Ｓ１）にて再利用される。なお、本実施形態では、遠心分離機４１による遠心分離により、第３スラリーを疎水性有機溶剤と親水性粒子５に固液分離するが、これに替えて、フィルタープレス又は蒸留又はろ過等の固液分離方法を用いてもよい。
【０１１０】
乾燥装置４２は、上記遠心分離機４１から導入された疎水性粒子６を加熱して、残存する疎水性有機溶剤分を蒸発させることで、疎水性粒子６を乾燥させる（乾燥工程）。乾燥した疎水性粒子６は、配管４６から排出されて回収される。コンデンサー４３は、乾燥装置４２から配管４７を通じて送出された疎水性有機溶剤の蒸気を凝縮して、液体の疎水性有機溶剤に戻す（凝縮工程）。コンデンサー４３で生成された液体の疎水性有機溶剤は、配管４８を通じてミキサー１０に戻されて、上記混合工程（Ｓ１）にて再利用される（第２リサイクル工程）。
【０１１１】
このように、本実施形態に係る疎水性粒子６の回収方法では、第２回収工程（Ｓ４）にて、上記分離工程（Ｓ２）により分離された疎水性粒子６を含む溶剤相２（第３スラリー）を、遠心分離機４１により疎水性粒子６と疎水性有機溶剤に分離した後に、乾燥装置４２で疎水性粒子６を乾燥させて、乾粉の疎水性粒子６（例えばカーボン粉）を回収する。
【０１１２】
以上、本実施形態に係る分離方法と、親水性粒子５又は疎水性粒子６の回収方法の各工程（Ｓ１〜Ｓ４）について説明した。本実施形態では、当該方法を単段連続プロセスで行うため、上記の混合工程（Ｓ１）、分離工程（Ｓ２）、第１回収工程（Ｓ３）及び第２回収工程（Ｓ４）を同時並行で行う。これにより、親水性粒子５と疎水性粒子６の分離効率及び生産性を向上できる。
【０１１３】
さらに、第１回収工程（Ｓ３）にて親水性粒子５から分離された水を回収して、混合工程（Ｓ１）で投入される水として再利用するとともに、第２回収工程（Ｓ４）にて疎水性粒子６から分離された疎水性有機溶剤を回収して、混合工程（Ｓ１）で投入される疎水性有機溶剤として再利用する。これにより、水及び疎水性有機溶剤を使い捨てにしなくても済むので、疎水性有機溶剤の原料コストや廃棄コストを低減できる。さらに、混合工程（Ｓ１）及び分離工程（Ｓ２）で大量の疎水性有機溶剤を繰り返し使用でき、疎水性粒子６が疎水性有機溶剤に接触する機会を増加できる。また、分離工程（Ｓ２）では、混合物のうち疎水性粒子６を疎水性粒子６に取り込み、親水性粒子５を水相１に取り込むことにより、親水性粒子５と疎水性粒子６を高効率で分離できる。
【０１１４】
従って、本実施形態に係る分離方法は、上記特許文献１に記載の従来の浮選方法と比べて、親水性粒子５と疎水性粒子６の分離速度及び分離効率を大幅に向上できる。例えば、本実施形態に係る分離工程（Ｓ２）により、例えば１秒〜３０秒程度の短時間で親水性粒子５と疎水性粒子６を迅速に分離できる。また、分離対象の混合物が例えばフライアッシュである場合、分離及び回収された親水性粒子５に含まれる疎水性粒子６の含有率を、３質量％以下に低減でき、純度の高い親水性粒子５を回収できる。同様に、分離対象の混合物が例えばフライアッシュである場合、分離及び回収された疎水性粒子６に含まれる親水性粒子５の含有率を、５０質量％以下、好ましくは質量２０％以下に低減でき、純度の高い疎水性粒子６も回収できる。
【０１１５】
［４．２．分離装置の具体例］
次に、図７〜図９を参照して、本実施形態に係る粒子分離装置８が備える分離装置（例えば、上記セトラー２０）の具体例について説明する。
【０１１６】
本実施形態に係る分離方法の分離工程（Ｓ２）を実行する分離装置（セトラー２０）としては、例えば、図８に示す横流式分離装置２００又は図９に示す上昇流式分離装置２１０などの比重分離装置を用いてもよい。或いは、分離装置として、不図示の液体サイクロン式分離装置を用いることも可能である。
【０１１７】
図８に示すように、横流式分離装置２００では、横長の容器２０１の側面から、水平方向に混合液が供給され、当該混合液が容器２０１内で静置されることで、水相１と溶剤相２に比重分離される。また、図９に示すように、上昇流式分離装置２１０では、縦長の容器２１１の底面から上向きに混合液が供給され、当該混合液が容器２１１内で静置されることで、水相１と溶剤相２に比重分離される。
【０１１８】
かかる横流式分離装置２００、上昇流式分離装置２１０を用いて混合液を比重分離する場合には、水相１と溶剤相２の界面が、水相１中の親水性粒子５の含有率の影響を受けにくいため、水相１中のスラリー濃度ＣＳを高くすることができる。特に、上昇流式分離装置２１０では、図７及び図９に示すように、容器２１１の底面から上向きに混合液（第１スラリー）を供給する方式であるので、水相１の下部において、親水性粒子５が濃縮しにくく、スラリー濃度ＣＳの上昇が小さい。従って、上昇流式分離装置２１０に供給する第１スラリーの濃度（即ち、親水性粒子５の含有率）を高くすることができるので、親水性粒子５の分離処理量を増加でき、生産性を向上できる。
【０１１９】
一方、液体サイクロン式分離装置では、水相１中のスラリー濃度ＣＳを高くすると、水相１と溶剤相２との界面付近で、水相１中のスラリー濃度ＣＳが高くなりやすいため、横流式分離装置２００、上昇流式分離装置２１０と比較して、水相１中のスラリー濃度ＣＳを低くする必要がある。しかし、液体サイクロン式分離装置では、サイクロン中の回転流に伴い遠心力を作用させるため、水相１中の粒子径が大きい親水性粒子５を分離することが可能となる。
【０１２０】
［４．３．疎水性有機溶剤の比重の好ましい範囲］
次に、本実施形態に係る分離方法で用いられる疎水性有機溶剤の比重（液比重）の好ましい範囲について詳細に説明する。
【０１２１】
疎水性有機溶剤の比重は、１．０５超であることが好ましい。疎水性有機溶剤の比重が１．０５以下であると、疎水性有機溶剤と水の比重が近いので、上記分離工程（Ｓ２）においてセトラー２０等の分離装置による比重分離速度が低下してしまう。このため、分離装置内で混合液（第１スラリー）を静置してから、水相１と溶剤相２の上下２相に分離するまでに、例えば１分以上の長時間がかかるので、所望の処理量を得るためには分離装置を大型化する必要がある。
【０１２２】
さらに、疎水性有機溶剤の比重が１．０５以下であると、図４に示したように、水相１と溶剤相２の相分離を好適に行うためには、水相１内のスラリー濃度ＣＳを６質量％未満、余裕を見て３質量％未満にする必要があり、やはり、分離装置が大型化してしまう。
【０１２３】
従って、疎水性有機溶剤の比重を１．０５超とすることにより、分離装置内で水と疎水性有機溶剤を静置した後、例えば１〜３０秒程度で迅速に、水相１と溶剤相２の２相に分離することができ、比重分離速度を向上できる。さらに、水相１内のスラリー濃度ＣＳを例えば少なくとも３質量％以上にできるので、単位時間当たりの分離処理量を高めて、大型の分離装置を使用しなくてすむ。
【０１２４】
また、疎水性有機溶剤の比重は、疎水性粒子６の比重（例えば１．２〜１．８）よりも小さいことが好ましく、例えば１．８未満であることが好ましい。これにより、上記第２回収工程（Ｓ４）において、遠心分離機４１を用いて、疎水性粒子６を含む溶剤相２（第３スラリー）から、疎水性粒子６を効率的に分離でき、脱液性が向上する。この理由を以下に説明する。
【０１２５】
上記分離工程（Ｓ２）において、セトラー２０内で水相１と疎水性有機溶剤相２に分離すると、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、疎水性有機溶剤と疎水性粒子６の比重差によって、疎水性粒子６は溶剤相２内を沈降したり、浮上したりする。その後、第２回収工程（Ｓ４）において、遠心分離機４１等による固液分離処理により、疎水性有機溶剤相２から疎水性粒子６が分離される。
【０１２６】
遠心分離機４１は、対象物の比重差を用いて固液分離するので、もし「疎水性粒子６の比重＜疎水性有機溶剤の比重」である場合、相対的に軽い疎水性粒子６は、遠心分離機４１内で浮上する。そうすると、疎水性有機溶剤の表層で疎水性粒子６が濃化することとなるが、疎水性有機溶剤の表層は揺らぐために、疎水性粒子６間の間隙が十分小さくならないことが多く、良好な脱液性を得ることはできにくくなる。そのため、分離工程（Ｓ２）内の固液分離装置に、遠心分離機４１を使用する場合には、「疎水性粒子６の比重＞疎水性有機溶剤の比重」となるように、疎水性有機溶剤を選択することが好ましい。なお、「疎水性粒子６の比重＜疎水性有機溶剤の比重」となる場合でも、脱液性は劣るが遠心分離機を使用でき、或いは、ろ過方式又は蒸留方式の固液分離装置を採用することもできる。
【０１２７】
一方、「疎水性粒子６の比重＞疎水性有機溶剤の比重」であるとき、相対的に重い疎水性粒子６は遠心分離機４１内で沈降して、遠心容器の底部に堆積する。従って、疎水性粒子６を回収する際に、余分な疎水性有機溶剤の回収量を低減にできるため、脱液性が向上する。従って、疎水性粒子６の比重（例えば１．２〜１．８）よりも小さい比重の疎水性有機溶剤を使用することが好ましい。
【０１２８】
［４．４．疎水性有機溶剤の沸点の好ましい範囲］
次に、本実施形態に係る分離方法で用いられる疎水性有機溶剤の沸点の好ましい範囲について説明する。
【０１２９】
上記第１回収工程（Ｓ３）において、親水性粒子５を含む水相１から親水性粒子５を回収する際、当該水相１中に残存している疎水性有機溶剤を加熱して蒸発させることで、当該疎水性有機溶剤を除去することが望ましい。ここで、回収される親水性粒子５がケーキ状であるか、スラリー状であるかによって、疎水性有機溶剤の沸点の適正範囲が異なる。
【０１３０】
セトラー２０等の分離装置で分離された親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）は、スラリー状であるが、当該水相１を上記遠心分離機３１等により脱水した場合には、ケーキ状の親水性粒子５が得られる。親水性粒子５を含む第２スラリーと比較して、ケーキ状の親水性粒子５の水分は少ない。
【０１３１】
このため、ケーキ状の親水性粒子５を加熱して疎水性有機溶剤を除去する場合には、水分を蒸発させるための熱量が少なくて済むので、疎水性有機溶剤を加熱して蒸発・除去するための必要熱量を少なくできる。従って、大気圧下で１００℃を超える沸点の疎水性有機溶剤を用いたとしても、比較的少ない熱量で容易に、ケーキ状の親水性粒子５を当該沸点以上に加熱することができ、疎水性有機溶剤を蒸発させて除去できる。ただし、疎水性有機溶剤の沸点が１５０℃超であると、加熱装置の設備コストや加熱処理コストが増加してしまうため、疎水性有機溶剤の沸点は１５０℃以下であることが好ましい。
【０１３２】
一方、スラリー状の親水性粒子５を加熱して疎水性有機溶剤を除去する場合には、水分が多いため、沸点が１００℃以上の疎水性有機溶剤を使用すると、疎水性有機溶剤のみならず大量の水分も蒸発させる必要が生じ、加熱処理の必要熱量が増大してしまう。そこで、水よりも沸点が低い９５℃未満の疎水性有機溶剤を使用することが好ましい。これにより、スラリー状の親水性粒子５を加熱して疎水性有機溶剤を除去する際に、加熱温度を１００℃未満で疎水性有機溶剤の沸点以上の温度にすることで、水の蒸発を抑制しつつ、疎水性有機溶剤を蒸発させることができる。よって、加熱処理に必要な熱量を低減でき、加熱装置の設備コストや加熱処理コストを抑制できる。
【０１３３】
また、疎水性有機溶剤の沸点が４０℃未満であると、常温大気圧下で溶剤の揮発量が著しく多くなり、回収できない溶剤量が増加してしまう。このため、常温大気圧下において疎水性有機溶剤を容易に取り扱い可能とするため、疎水性有機溶剤の沸点は４０℃以上であることが好ましい。
【０１３４】
以上により、疎水性有機溶剤の沸点は、大気圧下において４０℃以上、１５０℃以下であることが好ましい。これにより、固液分離後のケーキ状の親水性粒子５から、疎水性有機溶剤を容易に蒸発させて除去することができる。さらに、疎水性有機溶剤の沸点は、大気圧下において、４０℃以上、９５℃以下であることがより好ましい。これにより、スラリー状の親水性粒子５から疎水性有機溶剤を蒸発させて除去する際に、水の蒸発を抑制することができるので、少ない熱量で容易に疎水性有機溶剤を蒸発させて除去することができる。
【０１３５】
［５．向流型多段連続プロセス］
次に、本発明の第２の実施形態に係る分離方法及び回収方法について説明する。第２の実施形態に係る分離方法では、複数組の混合装置及び分離装置を設置して、上記混合工程（Ｓ１）と分離工程（Ｓ２）を繰り返す向流型多段連続プロセスを採用している。
【０１３６】
上述したように分離装置（セトラー２０）による分離工程（Ｓ２）では、混合液（第１スラリー）を静置した後に、例えば１秒〜３０秒で、水相１と疎水性有機溶剤相２に分離することが好ましい。静置時間が長すぎると、水相１と溶剤相２との界面付近における水相１の下部のスラリー濃度ＣＳが上昇しすぎ、当該界面が不明瞭になり、疎水性粒子６の分離効率が低下する可能性がある。そこで、本実施形態に係る分離方法は、回分プロセスも可能ではあるが、連続プロセスで実行することが好ましい。
【０１３７】
このように、本実施形態に係る分離方法では、分離工程（Ｓ２）における分離速度が速く、数秒〜数十秒で相分離できる。この場合には、以下に示す第２の実施形態のように、混合装置（ミキサー１０等）による混合工程（Ｓ１）と、分離装置（セトラー２０等）による分離工程（Ｓ２）とを繰り返し適用する、多段連続プロセスを採用することができる。親水性粒子５及び疎水性粒子６の分離効率及び品質の観点からは、上記第１の実施形態に係る単段連続プロセス（図６参照。）よりも、第２の実施形態に係る多段連続プロセスを採用することが好ましい。これにより、水相１から回収される固形物中に含まれる疎水性粒子６の含有率を減少させることができ、かつ、溶剤相２から回収される固形物中に含まれる疎水性粒子６の含有率を増加させることができる。
【０１３８】
［５．１．粒子分離装置の構成と向流型２段連続プロセス］
ここで、図１０を参照して、第２の実施形態に係る粒子分離装置８Ａの構成と、それを用いた向流型２段連続プロセスについて説明する。図１０は、向流型多段連続プロセスにおいて、混合工程（Ｓ１）と分離工程（Ｓ２）の組合せを２段階で実施する向流型２段連続プロセスの例を示している。
【０１３９】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る向流型２段連続プロセスを実施する粒子分離装置８Ａは、２組の混合装置及び分離装置（２組のミキサー１０Ａ、１０Ｂ及びセトラー２０Ａ、２０Ｂ）と、第１回収装置３０と、第２回収装置４０を備える。ここで、ミキサー１０Ａ、１０Ｂ、セトラー２０Ａ、２０Ｂ、第１回収装置３０、第２回収装置４０の各々の機能及び構成は、上記第１の実施形態（図６等参照。）の各装置と略同一であるので、詳細説明は省略する。
【０１４０】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る粒子分離装置８Ａでは、１段目のミキサー１０Ａ及びセトラー２０Ａは、１段目の混合工程（Ｓ１＿１）及び１段目の分離工程（Ｓ２＿１）を実行する。さらに、２段目のミキサー１０Ｂ及びセトラー２０Ｂは、２段目の混合工程（Ｓ１＿２）及び２段目の分離工程（Ｓ２＿２）を実行する。そして、第１回収装置３０は、２段目の分離工程（Ｓ２＿２）で分離された親水性粒子５を含む水相１から、親水性粒子５と水を回収する（Ｓ３）。一方、第２回収装置４０は、１段目の分離工程（Ｓ２＿１）で分離された疎水性粒子６を含む疎水性有機溶剤相２から、疎水性粒子６と疎水性有機溶剤を回収する（Ｓ４）。
【０１４１】
詳細には、まず、外部から供給される混合物、系内でリサイクルされる水、及び２段目のセトラー２０Ｂから排出された疎水性粒子６を含む溶剤相２は、１段目のミキサー１０Ａに投入されて、混合・撹拌され（Ｓ１＿１）、１段目のセトラー２０Ａにて、水相１と溶剤相２に分離される（Ｓ２＿１）。次いで、１段目のセトラー２０Ａの上部から排出された親水性粒子５及び残存した疎水性粒子６を含む水相１（第２スラリー）は、配管２１Ａを通じて、２段目のミキサー１０Ｂに投入され、後段の遠心分離機４１で固液分離された疎水性有機溶剤とともに混合・撹拌され（Ｓ１＿１）、さらに、２段目のセトラー２０Ｂにて、水相１と溶剤相２に分離される（Ｓ２＿２）。次いで、２段目のセトラー２０Ｂの上部から排出された親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）は、配管２１Ｂを通じて、第１回収装置３０の遠心分離機３１に投入され、固液分離、乾燥等を経て、親水性粒子５が回収される（Ｓ３）。なお、この第１回収工程（Ｓ３）で回収された水は、リサイクルされて、１段目のミキサー１０Ａに投入され、１段目の混合工程（Ｓ１＿１）に利用される。
【０１４２】
一方、疎水性有機溶剤は、２段目のミキサー１０Ｂに投入され、上記１段目のセトラー２０Ａの上部から排出された親水性粒子５を含む水相１（第２スラリー）とともに混合・撹拌され（Ｓ１＿２）、さらに、２段目のセトラー２０Ｂにて、水相１と溶剤相２に分離される（Ｓ２＿２）。次いで、２段目のセトラー２０Ｂの下部から排出された疎水性粒子６及び残存した親水性粒子５を含む溶剤相２（第３スラリー）は、配管２３Ｂを通じて、１段目のミキサー１０Ａに投入され、上記混合物、及び後段の遠心分離機３１で固液分離された水とともに混合・撹拌され（Ｓ１＿１）、１段目のセトラー２０Ａにて、水相１と溶剤相２に分離される（Ｓ２＿１）。次いで、１段目のセトラー２０Ａの下部から排出された疎水性粒子６を含む溶剤相２（第３スラリー）は、配管２３Ａを通じて、第２回収装置４０の遠心分離機４１に投入され、固液分離、乾燥等を経て、疎水性粒子６が回収される（Ｓ４）。なお、この第２回収工程（Ｓ４）で回収された疎水性有機溶剤は、リサイクルされて、２段目のミキサー１０Ｂに投入され、２段目の混合工程（Ｓ１＿２）に利用される。
【０１４３】
以上のように、第２の実施形態に係る向流型２段連続プロセスでは、２組の混合装置及び分離装置を用いて混合工程（Ｓ１）と分離工程（Ｓ２）の組合せが２段階で実施される。これにより、親水性粒子５を含む水相１と、疎水性粒子６を含む溶剤相２が２段階で分離されるので、第１の実施形態に係る単段連続プロセスと比べて、親水性粒子５と疎水性粒子６の分離効率をさらに向上できる。よって、疎水性粒子６の含有率がより低い親水性粒子５と、親水性粒子５の含有率がより低い疎水性粒子６をそれぞれ回収できる。さらに、向流型連続プロセスであるので、第１の実施形態に係る単段連続プロセスと比べて、分離速度や、生産性を低下させることもない。
【０１４４】
［５．２．向流型多段連続プロセスによる分離方法］
上記図１０では、向流型２段連続プロセスについて説明したが、第２の実施形態に係る分離方法は、Ｎ段以上（Ｎは３以上の整数）の向流型多段連続プロセスにも適用可能である。
【０１４５】
図１１は、Ｎ段の向流型多段連続プロセスによる分離方法を示す工程図である。図１１に示すように、Ｎ段の向流型多段連続プロセスでは、混合工程（Ｓ１）と分離工程（Ｓ２）の組合せをＮ段階繰り返す。Ｎが多いほど、親水性粒子５と疎水性粒子６の分離効率は向上し、回収される固形物中の親水性粒子５と疎水性粒子６の含有率をそれぞれ増加できる。
【０１４６】
図１１に示す例では、例えば、１段目の混合工程（Ｓ１＿１）にて、分離処理対象の混合物と水が投入され、２〜Ｎ段目の混合工程（Ｓ１＿２〜Ｎ）では、水は単独では投入されない。一方、最終段目であるＮ段目の混合工程（Ｓ１＿Ｎ）にて、疎水性有機溶剤が投入され、１〜Ｎ−１段目の混合工程（Ｓ１＿１〜Ｎ−１）では、疎水性有機溶剤は単独では投入されない。
【０１４７】
そして、ｎ段目（ｎは１以上、Ｎ−２以下の整数）の分離工程（Ｓ２＿ｎ）で分離された親水性粒子５及び残存した疎水性粒子６を含む水相１と、ｎ＋２段目の分離工程（Ｓ２＿ｎ＋２）で分離された疎水性粒子６及び残存した親水性粒子５を含む溶剤相２とが、ｎ＋１段目の混合工程（Ｓ１＿ｎ＋１）で混合、スラリー化される。次いで、当該ｎ＋１段目の分離工程（Ｓ２＿ｎ＋１）にて、親水性粒子５を主に含む水相１と、疎水性粒子６を主に含む溶剤相２とに分離される。
【０１４８】
かかる混合工程（Ｓ１）及び分離工程（Ｓ２）の組合せを、各段で繰り返すことで、１段目からＮ段目に向かうほど、親水性粒子５の含有率の高い水相１が得られる一方、Ｎ段目から１段目に向かうほど、疎水性粒子６の含有率の高い溶剤相２が得られる。その後、Ｎ段目の後段の第１回収工程（Ｓ３）では、親水性粒子５の含有率の高い水相１から、親水性粒子５と水がそれぞれ分離及び回収され、回収された水は、１段目の混合工程（Ｓ１＿１）に戻されて再利用される。一方、１段目の後段の第２回収工程（Ｓ４）では、疎水性粒子６の含有率の高い溶剤相２から、疎水性粒子６と疎水性有機溶剤がそれぞれ分離及び回収され、回収された疎水性有機溶剤は、Ｎ段目の混合工程（Ｓ１＿Ｎ）に戻されて再利用される。
【０１４９】
このようにして、Ｎ段階で向流型多段連続プロセスを実施することで、第１の実施形態に係る単段連続プロセスと比べて、より一層、親水性粒子５と疎水性粒子６の分離効率を向上できるとともに、疎水性粒子６の含有率が低い親水性粒子５と、親水性粒子５の含有率が低い疎水性粒子６をそれぞれ回収でき、分離速度や、生産性を低下させることもない。
【０１５０】
なお、図１１の例では、分離対象物である混合物を１段目の混合工程（Ｓ１＿１）で投入しているが、他の段目の混合工程（Ｓ１＿２〜Ｎ）で当該混合物を投入してもよい。
【０１５１】
［５．３．洗浄工程を追加した向流型多段連続プロセス］
次に、図１２及び図１３を参照して、水による洗浄工程を追加した向流型多段連続プロセスについて説明する。
【０１５２】
図１２は、上記図１１に示したＮ段の向流型多段連続プロセスに対して、１段の洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）を追加したＮ段の向流型多段連続プロセスによる分離方法を示す工程図である。図１２に示すように、１段目の混合工程（Ｓ１＿１）及び分離工程（Ｓ２＿１）の前段に、１段の洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）が追加されている。
【０１５３】
洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）は、１段目の分離工程（Ｓ２＿１）で分離された疎水性粒子６及び残存した微量の親水性粒子５を含む溶剤相２から、当該微量の親水性粒子５を除去するための工程である。この洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）は、洗浄用混合工程（Ｓ５）と、洗浄用分離工程（Ｓ６）を含む。
【０１５４】
洗浄用混合工程（Ｓ５）では、上述した混合装置（例えば図６のミキサー１０）を用いて、１段目の分離工程（Ｓ２＿１）で分離された疎水性粒子６及び残存した微量の親水性粒子５を含む溶剤相２（第３スラリー）に水を加えて、混合・撹拌し、スラリー化する。次いで、洗浄用分離工程（Ｓ６）では、洗浄用混合工程（Ｓ５）で生成されたスラリーを、上述した分離装置（例えば図６のセトラー２０）を用いて、水相１と溶剤相２とに分離しながら、微量の親水性粒子５を水相１に移動させることにより、当該親水性粒子５を、疎水性粒子６から分離する。
【０１５５】
その後、洗浄用分離工程（Ｓ６）で分離された疎水性粒子６を含む溶剤相２は、第２回収工程（Ｓ４）に送られ、疎水性粒子６を含む溶剤相２から、疎水性粒子６と疎水性有機溶剤がそれぞれ分離及び回収され、回収された疎水性有機溶剤は、Ｎ段目の混合工程（Ｓ１＿Ｎ）に戻されて再利用される。一方、洗浄用分離工程（Ｓ６）で分離された微量の親水性粒子５を含む水相１は、１段目の混合工程（Ｓ１）に送られて、混合物及び疎水性有機溶剤と混合され、その後は上記と同様に処理される。
【０１５６】
以上のように洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）では、疎水性粒子６及び微量の親水性粒子５を含む溶剤相２に水のみを添加して、当該水で親水性粒子５を洗浄することにより、当該溶剤相２に残存した微量の親水性粒子５を当該水に取り込んで除去することができる。これにより、第２回収工程（Ｓ４）にて溶剤相２から回収される固形物中の疎水性粒子６の含有率を、さらに増加させることができる。
【０１５７】
次に、図１３を参照して、上記洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）を多段階で実施する向流型多段連続プロセスについて説明する。図１３は、上記図１１に示したＮ段の向流型多段連続プロセスに対して、Ｍ段の洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）を追加した向流型多段連続プロセスによる分離方法を示す工程図である。図１３に示すように、１段目の混合工程（Ｓ１＿１）及び分離工程（Ｓ２＿１）の前段に、Ｍ段（Ｍは２以上の整数）の洗浄工程（Ｓ５＿−１〜−Ｍ、Ｓ６＿−１〜−Ｍ）が追加されている。
【０１５８】
図１３に示すように、上記洗浄工程の洗浄用混合工程（Ｓ５）及び洗浄用分離工程（Ｓ６）の組合せをＭ段階繰り返してもよい。Ｍが多いほど、溶剤相２中に残存した微量の親水性粒子５を効果的に分離及び除去でき、第２回収工程（Ｓ４）で回収される疎水性粒子６中の親水性粒子５の含有率を低下できる。
【０１５９】
図１３に示す例では、例えば、−Ｍ段目の洗浄用混合工程（Ｓ５＿−Ｍ）にて、水が投入され、−Ｍ＋１〜−１段目の洗浄用混合工程（Ｓ５＿−Ｍ＋１〜−１）、及び１〜Ｎ段目の混合工程（Ｓ１＿１〜Ｎ）では、水は単独では投入されない。一方、最終段目であるＮ段目の混合工程（Ｓ１＿Ｎ）にて、疎水性有機溶剤が投入され、１〜Ｎ−１段目の混合工程（Ｓ１＿１〜Ｎ−１）、及び−Ｍ〜−１段目の洗浄用混合工程（Ｓ５＿−Ｍ〜−１）では、疎水性有機溶剤は単独では投入されない。
【０１６０】
そして、−ｍ段目（ｍは１以上、Ｍ−２以下の整数）の洗浄用分離工程（Ｓ６＿−ｍ）で分離された疎水性粒子６及び残存した親水性粒子５を含む溶剤相２と、−ｍ−２段目の洗浄用分離工程（Ｓ６＿−ｍ−２）で分離された親水性粒子５及び残存した疎水性粒子６を含む水相１とが、−ｍ−１段目の洗浄用混合工程（Ｓ５＿−ｍ−１）で混合、スラリー化される。次いで、当該−ｍ−１段目の分離工程（Ｓ６＿−ｍ−１）にて、親水性粒子５を主に含む水相１と、疎水性粒子６を主に含む溶剤相２とに分離される。
【０１６１】
かかる洗浄用混合工程（Ｓ５）及び洗浄用分離工程（Ｓ６）の組合せを、各段で繰り返すことで、−１段目から−Ｍ段目に向かうほど、疎水性粒子６の含有率の高い溶剤相２が得られる一方、−Ｍ段目から−１段目に向かうほど、親水性粒子５の含有率の高い水相１が得られる。その後、−Ｍ段目の後段の第２回収工程（Ｓ４）では、疎水性粒子６の含有率の高い溶剤相２から、疎水性粒子６と疎水性有機溶剤がそれぞれ分離及び回収され、回収された疎水性有機溶剤は、Ｎ段目の混合工程（Ｓ１＿Ｎ）に戻されて再利用される。
【０１６２】
上記のように、−Ｍ〜−１段目では、水の添加により、溶剤相２に残存した微量の親水性粒子５が除去され、１〜Ｎ段目では、溶剤の添加により、水相１に残存した疎水性粒子６が除去される。このように、向流型多段連続プロセスにおいて、Ｍ段階の洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）を実施することにより、図１１に示す向流型多段連続プロセスと比べて、より一層、疎水性粒子６から疎水性粒子６を分離して、親水性粒子５の含有率が低い疎水性粒子６を回収できるとともに、分離速度や、生産性を低下させることもない。
【０１６３】
［５．４．磁着物の分離］
次に、図１４を参照して、本発明の第３の実施形態に係る磁選工程を含む分離方法及び回収方法について説明する。
【０１６４】
上記分離方法による分離対象の混合物が例えばフライアッシュである場合、フライアッシュを水と疎水性有機溶剤の混合液に混合し静置すると、鉄分を含む金属酸化物（親水性粒子５）を主に含む水相１と、未燃カーボン（疎水性粒子６）を含む溶剤相２とに分離される。鉄分の比重は大きいため（比重：４〜５）、鉄分の粒子径が６μｍより大きいと、鉄分は、親水性粒子ではあるが、図５で説明したように、溶剤相２内へ沈降することもある。このようにフライアッシュには、鉄分等の磁着物がコンタミネーションとして含まれていることがある。石炭火力発電所等の炉内においては、酸素濃度が低く、かつ、石炭が炉内に滞留する時間は短時間であるため、石炭中に含まれている鉄分（Ｆｅ２Ｏ３）の一部がマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）に還元される。このため、当該鉄分は主に、マグネタイト粉（Ｆｅ３Ｏ４）として、フライアッシュに残存することとなる。
【０１６５】
このマグネタイト粉等の磁着物は、本実施形態に係る分離方法において、上記親水性粒子５及び疎水性粒子６と分離して回収することが好ましい。そこで、第３の実施形態では、上記分離対象の混合物（例えばフライアッシュ）に混入している磁着物（例えばマグネタイト粉）を、磁石を用いて吸着して分離する磁選工程を更に含む。
【０１６６】
図１４は、第３の実施形態に係る磁選工程を含む分離方法を実行するための粒子分離装置８Ｂと、それを用いた向流型多段連続プロセスを示す模式図である。なお、第３の実施形態に係る粒子分離装置８Ｂ（図１４参照。）は、上記第２の実施形態に係る粒子分離装置８（図１０参照。）と比べて、磁選ストレーナー５１、５２、５３等の磁選装置を具備する点で相違し、その他の各装置の機能及び構成は、第２の実施形態と略同一であるので、その詳細説明は省略する。
【０１６７】
図１４に示すように、磁選工程を実行するための磁選装置としては、例えば、磁選ストレーナー５１、５２、５３等が考えられる。向流型多段連続プロセスを実行する粒子分離装置８Ｂにおいて、磁選装置の設置位置は、磁選の目的によって変化し、例えば以下の（１）〜（３）であってよい。
【０１６８】
（１）分離対象の混合物全体から磁着物を分離する場合は、図１４に示す１段目の混合装置（ミキサー１０Ａ）の後段における、ミキサー１０Ａとセトラー２０Ａを接続する配管１３Ａの位置に、磁選ストレーナー５１を設置すればよい。
（２）疎水性有機溶剤相２に混入している固形物（主に疎水性粒子６）から磁着物を分離する場合には、図１４に示す１段目の分離装置（セトラー２０Ａ）の後段において、セトラー２０Ａと第２回収装置４０を接続する配管２３Ａの位置に、磁選ストレーナー５２を設置すればよい。
（３）水相１に混入している固形物（主に親水性粒子５）から磁着物を分離する場合には、図１４に示す２段目の分離装置（セトラー２０Ｂ）の後段において、セトラー２０Ｂと第１回収装置３０を接続する配管２１Ｂの位置に、磁選ストレーナー５３を設置すればよい。
【０１６９】
なお、磁選装置として磁選ストレーナー５１、５２、５３を用いる場合、磁着物の回収方法としては、例えば、電磁ストレーナー内に磁着物がある程度蓄積されたら、ストレーナー内部から磁着物を手動で取り出して回収する方法と、磁着物を自動的に取り出して回収する方法がある。磁着物の含有率、処理量に応じて、これら手動回収又は自動回収を選択すればよい。
【０１７０】
ここで、分離対象の混合物がフライアッシュである場合の磁選方法について、詳細に説明する。上述したように、フライアッシュに含まれる磁着物は、マグネタイト粉（Ｆｅ３Ｏ４）が主体である。当該マグネタイト粉は高温状態ではＦｅ２Ｏ３に酸化し、赤色になる。一方、フライアッシュを構成するＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の金属酸化物は、薄い灰色乃至白色をしている。ここで、本実施形態に係る磁選工程によりフライアッシュから磁着物を取り除くことにより、回収される金属酸化物（親水性粒子５）の色むらを低減でき、品質を向上できる。この場合は、磁選装置として、図１４に示す（１）磁選ストレーナー５１、（３）磁選ストレーナー５３の位置に磁選装置を設置することが好ましい。
【０１７１】
しかし、水相１内に存在する、約６μｍ未満の大きさの微細な磁着物粉は、水相１と溶剤相２の界面で作用する界面張力により、溶剤相２に移行させることが難しい場合が多い。そのため、水相１に含まれる微細な磁着物粉を除去するためには、図１４に示す（３）磁選ストレーナー５３の位置に磁選装置を設置することが好ましい。また、未燃カーボン中のカーボン含有率を増加させ、燃料としての効率を上げたい場合には、未燃カーボン（疎水性粒子６）とともに溶剤相２に含まれる磁着物を除去するために、図１４に示す（２）磁選ストレーナー５２の位置に磁選装置を設置することが好ましい。
【０１７２】
以上のように、製鉄業でフライアッシュを分離対象として、磁着物の磁選工程を行うとすれば、フライアッシュ中に微細な磁着物粉を含むことから、図１４に示す（３）磁選ストレーナー５３の位置に磁選装置を設置し、鉄分を含んだ磁着物粉を回収し、未燃カーボンの濃縮物とともに製鉄工程内で使用することが好ましいと考えられる。
【０１７３】
なお、上記では、磁選工程で分離される磁着物として、フライアッシュ中の鉄分を磁選する例について説明したが、磁着物はかかる例に限定されない。例えば、高炉ガス灰中には、磁着物として、磁性を有するスピネル型結晶構造のスピネルフェライトや、ＡＦｅ２Ｏ４（ＡはＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｎ等）などが含まれている。従って、分離対象の混合物が高炉ガス灰である場合、当該高炉ガス灰からこれら磁着物を磁選により分離及び回収することも可能である。
【実施例】
【０１７４】
以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【０１７５】
［実施例１］
まず、表４を参照して実施例１の試験について説明する。表４は、本実施例１の試験条件と結果を示す。
【０１７６】
表４に示すように、栓付の１００ｍｌメスシリンダー内に、水８０ｍｌと各種の疎水性液体２０ｍｌを入れた後、水相１中のスラリー濃度ＣＳ［質量％］が表４に記載の濃度になるように、混合物を投入した。次いで、メスシリンダー内の混合液を手で激しく１０秒間混合した後、１０秒間静置した。その後、すぐに水相１部分からサンプルを採取し、水相１中の固形物を回収し、回収した固形物の含有率を測定した。また、当該回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢを測定した。また、以下の式（４）で表される疎水性粒子分離率ＫＡを算出した。一方、親水性粒子回収率ＫＢは、以下の式（５）で算出した。
【０１７７】
ＫＡ［質量％］＝｛（ｍＡ−ｍＢ）／ｍＡ｝×１００  ・・・（４）
ＫＢ［質量％］＝（ｍＰ／ｍＱ）×１００  ・・・（５）
ｍＡ［ｇ］    ：投入した疎水性粒子６の質量
ｍＢ［ｇ］    ：水相１に含まれる疎水性粒子６の質量
ｍＱ［ｇ］    ：投入した親水性粒子５の質量
ｍＰ［ｇ］    ：水相１に含まれる親水性粒子５の質量
【０１７８】
また、表４に示すように、分離対象の混合物として使用した比較例１及び実施例１−１〜１−９のフライアッシュ中には、カーボンが１．９質量％含まれており、その体積基準の５０％粒子径は１９μｍであった。実施例１−１０〜１−１３のフライアッシュ中にはカーボンが５．３質量％含まれており、その体積基準の５０％粒子径は２１μｍであった。実施例１−１４の高炉ガス灰中には、カーボンが２６質量％含まれており、その体積基準の５０％粒子径は１５μｍであった。実施例１−１５のポリエチレンテレフタレート粉の体積基準の５０％粒子径は９４μｍであった。実施例１−１６の塩化ビニル樹脂粉の体積基準の５０％粒子径は８７μｍであった。実施例１−１５、１−１６において、Ｆｅ２Ｏ３粉（試薬）の体積基準の５０％粒子径は１．２μｍであり、実施例１−１５、１−１６で用いた混合物の疎水性粒子含有率は、それぞれ１０質量％、１０．４質量％であった。実施例１−１７では、実施例１−１０〜１−１３で使用したフライアッシュを水でスラリー化した混合液に対し、直径０．３ｍｍのビーズで５秒間、粉砕処理を施した。このような粉砕処理後の混合液を乾燥して得られるフライアッシュを用いた。なお、体積基準の５０％粒子径は、レーザー回折・散乱法を用い、サンプルを水でスラリー化し、撹拌と超音波により分散される湿式法で測定した。
【０１７９】
【表４】
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【０１８０】
以上の試験の結果、表４に示すように、親水性粒子回収率ＫＢは、実施例１−１〜１−１７のいずれも７３質量％以上であり、特に実施例１−１と１−６以外の実施例では、９２質量％以上であった。従って、本実施形態に係る分離方法により、混合物から親水性粒子５を高い回収率で回収できることが分かる。疎水性粒子分離率ＫＡは、実施例１−１５、１−１６で、９６〜９８質量％と非常に高く、実施例１−１〜１−１４において、４２〜５６質量％であった。従って、本実施形態に係る分離方法により、回収された親水性粒子５中に含まれる疎水性粒子６の含有率を大幅に低減でき、含有率の高い高品質の親水性粒子５を回収できることが確認された。さらに、フライアッシュを粉砕処理した実施例１−１７では、粉砕処理以外の点では同条件である実施例１−１１と比較して、疎水性粒子分離率ＫＡ、親水性粒子回収率ＫＢともに上昇し、回収された親水性粒子５中に含まれる疎水性粒子６の含有率も大幅に低減した。
【０１８１】
水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは、疎水性液体であるシリコーンオイルの比重が１．０７である実施例１−１では、１．２質量％であった。一方、シリコーンオイルの比重が１．０３である比較例１では、含有率ＣＢは１．９質量％であった。従って、疎水性液体の比重を１．０５超とすることにより、比重分離速度を向上できることが分かる。すなわち、比較例１では、シリコーンオイルの比重が１．０５以下であるため、水相１の比重と疎水性液体相である溶剤相２の比重が近く、相の分離速度が非常に遅い。上記混合後、１分間静置したが、相の分離はほとんど進行しなかった。そこで、メスシリンダー上部の約２０ｍｌを採取し、固形物を回収し、回収物中の疎水性粒子６の含有率を測定したところ、１．９質量％であった。すなわち、投入したフライアッシュ中の疎水性粒子６の含有率からほとんど変化がなかった。
【０１８２】
なお、水相１中のスラリー濃度ＣＳを変化させた実施例１−２〜１−６を比較すると、水相１中のスラリー濃度が３８質量％以上になると、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは大きくなり、特に水相１中のスラリー濃度が４７質量％の場合（実施例１−６）、ＣＢは１．７質量％であったが、元のスライアッシュ中の疎水性粒子の含有率（１．９質量％）と比較して、わずかに低下したにすぎない。これは、水相１中のスラリー濃度ＣＳを高くしすぎると、水相１と溶剤相２との界面が不明確となり、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは、あまり低下しなかったことを表していると推測される。
【０１８３】
［実施例２］
次に、実施例２の試験について説明する。実施例２の試験では、図７に示すミキサー１０、セトラー２０を備えた粒子分離装置８を使用して、単段の回分処理で分離プロセスを行った。まず、混合装置であるミキサー１０（容量０．３Ｌ）内に、水と臭素系有機溶剤（１−ブロモプロパン）を１Ｌ／分ずつ、フライアッシュを７５ｇ／分投入し、攪拌機で激しく混合した。混合された混合液を、ポンプで２Ｌ／分の流量で上昇流式分離装置であるセトラー２０（直径：４０ｍｍ、高さ：３００ｍｍ）に連続投入した。セトラー２０の下部には、臭素系有機溶剤相（溶剤相２）が形成され、上部には水相１が形成され、水相１と空気の間には臭素系有機溶剤相の薄膜が形成された。そして、水相１の表層部から下に約３ｃｍの箇所から水相１を連続して１Ｌ／分で引き抜き、水相１のサンプルを得た。一方、臭素系有機溶剤相の最下部から約３ｃｍの箇所から、臭素系有機溶剤相を連続して１Ｌ／分で引き抜き、溶剤相２のサンプルを得た。各サンプルは遠心分離（１，７００Ｇ×３０秒間）にて脱液した後、乾燥炉にて乾燥し、固形物を回収した。上記式（４）と式（５）に基づいて、疎水性粒子分離率ＫＡ、親水性粒子回収率ＫＢを計算した。なお、使用したフライアッシュ中には、カーボンが１３質量％含まれ、その体積基準の５０％粒子径は２１μｍであった。体積基準の５０％粒子径は、実施例１と同様に測定した。
【０１８４】
この実施例２の試験の結果、疎水性粒子分離率ＫＡは５５質量％であり、親水性粒子回収率ＫＢは９０質量％であった。また、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは、６．９質量％であり、臭素系有機溶剤相から回収した固形物中の疎水性粒子含有率は、５３質量％であった。かかる試験結果によれば、本実施形態に係る粒子分離装置８を用いた分離方法により、親水性粒子５と疎水性粒子６を高い分離効率で分離及び回収できることが確認された。
【０１８５】
［実施例３］
次に、図１５を参照して、実施例３の試験について説明する。なお、図１５は、洗浄工程を含まない向流型３段連続プロセス（図１１参照。）の各段における水相１又は溶剤相２の固形物中の疎水性粒子６の含有率の変化を示す。
【０１８６】
実施例３の試験では、上記実施例２で用いた混合装置と分離装置を３組接続した粒子分離装置８Ａを用いて、向流型３段連続プロセス（混合−上昇流式分離、図１１でＮ＝３のとき）を実施した。実施例３でも、実施例２で使用したフライアッシュを用い、実施例２と同条件で試験を行った。
【０１８７】
この実施例３の試験の結果、疎水性粒子分離率ＫＡは８１質量％であり、親水性粒子回収率ＫＢは９１質量％であった。また、図１５に示すように、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは、２．９質量％であり、臭素系有機溶剤相から回収した固形物中の疎水性粒子含有率は、５６質量％であった。かかる試験結果によれば、実施例３の向流型３段連続プロセスでは、単段回分プロセスである実施例２と比較して、疎水性粒子分離率ＫＡ及び親水性粒子回収率ＫＢとも向上し、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは低下し、臭素系有機溶剤相から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率は上昇することが確認された。
【０１８８】
［実施例４］
次に、図１６を参照して実施例４の試験について説明する。なお、図１６は、洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）を含む向流型４段連続プロセス（図１３参照。）の各段及び洗浄工程における水相１又は溶剤相２の固形物中の疎水性粒子６の含有率の変化を示す。
【０１８９】
実施例４の試験では、上記実施例３で用いた粒子分離装置８Ａに、図１２に示す−１段目の１組の混合装置と分離装置を追加し、−１段目の洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）を行う向流型４段連続プロセス（混合−上昇流式分離、図１２でＮ＝４のとき）を実施した。実施例４でも、実施例３で使用したフライアッシュを用い、実施例３と同条件で試験を行った。
【０１９０】
この実施例４の試験の結果、疎水性粒子分離率ＫＡは８２質量％であり、親水性粒子回収率ＫＢは９１質量％であった。また、図１６に示すように、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは、２．８質量％であり、臭素系有機溶剤相から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率は、５８質量％であった。かかる試験結果によれば、実施例４の向流型４段連続プロセスでは、実施例３と比較して、洗浄工程（Ｓ５、Ｓ６）と４段目の混合工程（Ｓ１−４）と分離工程（Ｓ２−４）を追加することで、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢを低位にしながら、臭素系有機溶剤相から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率を著しく改善できることが確認された。
【０１９１】
［実施例５］
次に、図１７を参照して実施例５の試験について説明する。なお、図１７は、図１６と同様の疎水性粒子６の含有率の変化を示す。
【０１９２】
実施例５の試験では、上記実施例３で使用したフライアッシュを水でスラリー化した（スラリー濃度５００ｇ／ｌ）。ビーズミルを用い、直径５００μｍのジルコニアビーズ１ｋｇを入れた容器（１ｌ）内に上記スラリーを１ｌ／分で投入し、１５００ｒｐｍで撹拌し、粉砕後スラリーを得た。粉砕後スラリーを乾燥し、乾燥粉としての粉砕後フライアッシュを得た。粉砕後フライアッシュを用い、実施例４と同様の方法で固形物を回収し、図１７に示す結果を得た。
【０１９３】
この実施例５の試験の結果、疎水性粒子分離率ＫＡは９７質量％であり、親水性粒子回収率ＫＢは９７質量％であった。また、図１７に示すように、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢは、０．４質量％であり、臭素系有機溶剤相から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率は、８４質量％であった。かかる試験結果によれば、フライアッシュを事前に粉砕することにより、水相１から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率ＣＢをさらに低位にしながら、臭素系有機溶剤相から回収した固形物中の疎水性粒子６の含有率を著しく改善できることが確認された。
【０１９４】
[実施例６]
次に、上記の実施例１−３（表４参照。）に対し、ネオジム磁石による磁選工程を実施した試験について述べる。
【０１９５】
分離対象物として用いたフライアッシュ中の鉄分は、マグネタイト換算で５．７質量％であった。このフライアッシュを水のみと混合して、水スラリー化した後に、ネオジム磁石を近づけ、磁着物を分離したところ、マグネタイト換算で３２質量％含有の磁着物を得ることができ、マグネタイト換算で３５質量％の鉄分を回収できた。また、実施例１−３で分離した水相１に、ネオジム磁石を近づけ、磁着物を分離したところ、マグネタイト換算で３４質量％含有の磁着物を得ることができ、マグネタイト換算で３７質量％の鉄分が回収できた。さらに、実施例１−３で分離した溶剤相２に、ネオジム磁石を近づけ、磁着物を分離したところ、マグネタイト換算で２４質量％の磁着物を得ることができた。いずれの場合も、マグネタイト換算の鉄分濃度は上昇しており、磁選工程による磁着物の回収ができることを確認した。なお、上記試験では、ＩＣＰ法にてフライアッシュ中の鉄分を測定し、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）に換算した。
【０１９６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１９７】
１  水相
２  疎水性溶剤相
３  溶剤液滴
４  水滴
５  親水性粒子
６  疎水性粒子
７  濃縮部
８、８Ａ、８Ｂ  粒子分離装置
１０  ミキサー（混合装置）
２０  セトラー（分離装置）
３０  第１回収装置
３１  遠心分離機
３２  乾燥装置
３３  コンデンサー
４０  第２回収装置
４１  遠心分離機
４２  乾燥装置
４３  コンデンサー
５１、５２、５３  磁選ストレーナー
２００  横流式分離装置
２１０  上昇流式分離装置
Ｓ１  混合工程
Ｓ２  分離工程
Ｓ３  第１回収工程
Ｓ４  第２回収工程
Ｓ５  洗浄用混合工程
Ｓ６  洗浄用分離工程
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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