(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な装置構成で、加工屑及び研磨剤を含む混合材料から研磨材を容易に分離する方法を提供する。【解決手段】浮選分離装置を用いて、加工屑及び研磨剤を含む混合材料から、加工屑及び研磨剤を分離する分離方法は、内部空間に液体が溜められたカラム１０１を準備する工程と、カラム１０１の内部空間に溜められる液体に、加工屑導入口１０２から、表面が撥水処理されていない加工屑、及び表面が撥水処理されている研磨剤を含む混合材料を導入する工程と、カラム１０１の内部空間に溜められる液体に、気泡導入口１０３から気泡を導入し、かつ、起泡剤導入口１０４から界面活性剤を導入する工程と、液体の上部に加工屑よりも先に浮いてくる研磨剤を取得する工程と、液体の上部に研磨剤よりも後に浮いてくる加工屑を取得する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮選分離装置を用いて、加工屑及び研磨剤を含む混合材料から、加工屑及び研磨剤を分離する分離方法であって、
前記浮選分離装置は、内部空間を有するカラムと、前記カラムに設けられた加工屑導入口と、前記カラムに設けられ、かつ、前記加工屑導入口よりも下に位置する気泡導入口と、前記カラムに設けられた起泡剤導入口とを備え、
前記内部空間に液体が溜められたカラムを準備する工程と、
前記カラムの内部空間に溜められる液体に、前記加工屑導入口から、表面が撥水処理されていない加工屑、及び表面が撥水処理されている研磨剤を含む混合材料を導入する工程と、
前記カラムの内部空間に溜められる液体に、前記気泡導入口から気泡を導入し、かつ、前記起泡剤導入口から界面活性剤を導入する工程と、
前記液体の上部に前記加工屑よりも先に浮いてくる前記研磨剤を取得する工程と、
前記液体の上部に前記研磨剤よりも後に浮いてくる前記加工屑を取得する工程と
を含む分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮選分離装置を用いて、加工屑及び研磨剤を含む混合材料から、加工屑及び研磨剤を分離する分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属構造物の加工後、加工屑と研磨材を含めた混合物は、大量の産業廃棄物として廃棄されているのが現状である。しかし、コストの削減、産業廃棄物の抑制、環境保護の観点から、混合物から研磨剤を分離し、そして再利用することが期待される。
【０００３】
撥水性を有する研磨材を使って金属構造物を加工する場合、金属屑の親水性と研磨材の撥水性を利用して、浮選原理により分離することが可能である。しかし、従来の浮選装置で分離できる対象は粒度範囲が５００μｍ〜１ｍｍといった鉱石類であり、５００μｍ以下の微細粒子を分離することが困難である。一方、金属構造物の超精密加工を行う際に使用される研磨材は、粒径が１０μｍ程度といった非常に細かい粒子の場合がある。その際に、粒径が小さい粒子に対して、気泡の径が相対的に大きく、気泡の周りにできる流線のため、研磨材は気泡との接触確率が減少してしまう。気泡との接触が少なくなると、気泡に付着され上昇する研磨材の量が減るため、浮選効率が低下することになってしまう。
【０００４】
特許文献１は、従来の浮選装置の気泡導入口に微小気泡を生成できる装置を設置し、５０〜４００μｍといった微小気泡を供給することによって、微小な撥水性粒子と気泡との接触確率を増やす。よって、微小な撥水性粒子でも浮選原理によって分離できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５３９７００１号明細書
【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、特許文献１の構成では、装置構造自体が複雑になり、かつ高価になるため、金属構造物の加工に使われる研磨材の分離に対して実際の応用価値が低い。また、微小気泡を生成するために非常に小さい細孔を有する生成器は、微小粒子によってプラグされやすく、面倒なメンテナンスが要求されてしまう。したがって、加工屑から研磨材を分離するには、より容易に、より低コストで実現しなければならないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複雑で高価な微小気泡生成装置が不要で、簡便な装置構成で浮選原理による撥水性を有する研磨材を容易に分離できる方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明では、起泡剤導入口を浮選装置のカラム下部に、加工屑導入口をカラムの側壁に設置し、カラム底部に排出口のない構造を設け、浮上した連続フロス層によって、カラム上部にある撥水性物排出口から撥水研磨材を分離することを行う。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の浮選原理による研磨材の分離方法によれば、撥水性を有する研磨材を容易にかつ高効率的に金属加工屑から分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】浮選分離装置の構成を示す図。
【図２】浮選分離装置の構成を示す図。
【図３】浮選分離装置の構成を示す図。
【図４】浮選分離装置の構成を示す図。
【図５】浮選分離装置の構成を示す図。
【図６】浮選分離装置の構成を示す図。
【図７】従来の浮選分離装置の構成を示す図。
【図８】分離方法のフローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、詳細に特許文献１及びその周辺技術について説明する。
【００１２】
金属構造物を加工した後、加工屑と研磨材を含めた混合物から、容易にかつ低コストで再利用可能な研磨材を分離することが期待される。本発明は、金属屑と、少なくとも表面に撥水コーティングされた研磨材との加工屑混合物から、撥水性を有する研磨材を安価で高効率的に分離するための方法及び装置に関するものであり、詳しくは表面に撥水コーティングされたガーネット粒子やアルミナ粒子を研磨材として、鉄などの金属構造物の切削や穴開どの加工を行った後、鉄粉などの金属屑と上記研磨材との混合物から、浮選原理を利用して容易にかつ高効率的に上記研磨材を分離する方法及び装置に関する。
【００１３】
従来の浮選装置について図７によって説明する。浮選装置のカラム２０１は縦長で筒状をなし立てて配置されるものである。カラム２０１の頂部に加工屑導入口２０２、底部に親水性物排出口２０３、上部に撥水性物排出口２０４、浮選装置の下部に小さな孔を多数有する気泡導入口が設置される。浮選装置を用いた分離は、親水性、撥水性を利用して行われ、詳しくは気泡導入口から空気をカラム２０１に供給し、たくさんの気泡を作る。分離したい混合物に水、捕集剤（ケロシン等）、分散剤（オレイン酸ソーダ等）、起泡剤（パインオイル等）を添加し、撹拌によってスラリを作り、導入口２０２からカラム２０１に投入する。浮選装置の中で、スラリの流れが上から下に、気泡が下から上に流れる。スラリ中の混合物は気泡とぶつかり、撥水性の固形物が気泡に付着され、気泡とともに上に流れ、撥水性物排出口２０４から排出される。一方、親水性の固形物が気泡に付着されず、そのまま下に流れ、親水性物排出口から排出される。
【００１４】
上記の種の浮選装置で分離できる対象は粒度範囲が５００μｍ〜１ｍｍといった鉱石類である。しかし、金属構造物の超精密加工を行う際に使用される研磨材は、粒径が１０μｍといった非常に細かい粒子の場合がある。その際に、粒径が小さい粒子に対して、気泡の径が相対的に大きく、気泡の周りにできる流線のため、研磨材は気泡との接触確率が減少してしまう。気泡との接触が少なくなると、気泡に付着され上昇する研磨材の量が減るため、浮選効率が低下することになる。従来の浮選装置の気泡導入口に微小気泡を生成できる装置を付けると、カラムに径が５０μｍ〜４００μｍの微小気泡を供給できる。微小な撥水性粒子と気泡との接触確率を増やすことによって、小さい撥水性粒子でも浮選原理で分離できるようにするものがあった（特許文献１参照）。しかし、装置構造自体が複雑になってしまい、かつ高価になるため、金属構造物の加工に使われる研磨材の分離に対して実際の応用価値が低い。
【００１５】
本発明の装置構成では、微小気泡を生成する装置が不要で、浮上する連続フロス層を作ることによって、加工屑から微小な撥水研磨材を分離するものである。装置の構成は図１に示す。長尺な筒状のカラム１０１の上部の側壁に加工屑導入口１０２を設け、そこから金属構造物を加工した後の加工屑をカラム１０１内に投入する。カラム１０１の下部に気泡導入口１０３を設置し、多孔板で焼結板のような小さな孔が多数あいているものを有する。気泡導入口１０３のすぐ上方に起泡剤導入口１０４を設け、連続フロス層を作るための界面活性剤をカラム１０１に投入する。カラム１０１の頂部に斜め下向きの撥水研磨材排出口１０５を設け、カラム１０１の下部から連続フロス層が形成され、浮上するフロス層に乗った微小な撥水研磨材が撥水研磨材排出口１０５へ流れ、加工屑から分離できる。
【００１６】
本発明の構成によって、普通の気泡を導入するだけでカラム下部から撥水物排出口まで浮上する連続なフロス層を作り、１０μｍといった超微小な撥水研磨材でも、連続なフロス層に乗って浮上することを可能にする。そして、カラム頂部に導入口がない装置構成のため、フロス層の浮上通路を妨げるものがなく、分離に必要な時間が短縮される。さらに、カラム底部に排出口がない装置構成のため、金属屑に混入してカラム底部に沈んだ撥水研磨材でも、フロス層にぶつかり、浮上させて分離することを可能にする。  以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に、実施の形態１における浮選分離装置１００の構成を示す。図１に示す浮選分離装置１００は、カラム１０１と、加工屑導入口１０２と、気泡導入口１０３と、起泡剤導入口１０４と、撥水研磨材排出口１０５とを少なくとも備える。
【００１８】
＜カラム１０１＞
カラム１０１は、カラム壁で周囲及び底面が囲まれており、内部に空間を有する。カラム１０１の一例は、内部空間を有する筒形状を有する。筒形状の例は、円柱、又は多角柱である。
【００１９】
カラム１０１の内部空間には、液体が溜められる。液体の種類は限られないが、液体は後述する加工屑及び研磨剤と化学反応しないことが望ましい。液体の一例は、水である。
【００２０】
＜加工屑導入口１０２＞
加工屑導入口１０２は、カラム１０１の上方に配置される。加工屑導入口１０２からカラム１０１の内部空間に複数の加工屑及び複数の研磨剤を含む混合材料が導入される。導入された加工屑及び研磨剤はカラム１０１の内部空間を下方向に落ちる。
【００２１】
加工屑とは、表面が撥水処理されていない材料を意味する。研磨剤とは、表面が撥水処理された粒子を意味する。
【００２２】
加工屑及び研磨剤は、カラム１０１の液体よりも大きい密度を有する。これにより加工屑導入口１０２から導入された加工屑及び研磨剤はカラム１０１の内部空間を下方向に移動する。
【００２３】
加工屑の一例は、金属屑である。
【００２４】
研磨剤は、粒子と粒子の周囲を覆う撥水膜とを備える。粒子の一例は、ガーネット、アルミナ、砂、シリカである。撥水膜は粒子の表面を被覆している。撥水膜の一例は、化学式−（ＣＦ２）ｎ−によって表されるフッ化炭素基を有する。
【００２５】
例えば、図示されない加工屑貯蔵部が加工屑導入口１０２と接続されている。加工屑貯蔵部に貯められている加工屑及び研磨剤は、加工屑導入口１０２を介してカラム１０１の内部空間の液体に導入される。
【００２６】
＜気泡導入口１０３＞
気泡導入口１０３は、カラム１０１の下方に配置される。より正確には、気泡導入口１０３は、加工屑導入口１０２よりも所定以上の長さ離れて下方に配置される。
【００２７】
気泡導入口１０３からカラム１０１の内部空間の液体に、複数の気泡が導入される。気泡の例は、１ｍｍ以下の球形状を有する。
【００２８】
例えば、図示されない気泡生成部が気泡導入口１０３と接続されている。気泡生成部で生成された気泡は、気泡導入口１０３を介してカラム１０１の内部空間に導入される。
【００２９】
導入された気泡はカラム１０１の内部空間を上方向に移動する。気泡中の気体は液体よりも密度が低いためである。
【００３０】
カラム１０１の内部空間を上方向に移動する気泡は、表面が撥水処理された研磨剤と接触した場合、気泡と研磨剤とは接触したまま、上方向に移動する。研磨剤は表面が撥水処理されているため、カラム１０１の内部空間の液体よりも気体と接触しやすいからである。具体的な動作については、図８の処理フローチャートを用いて後述する。
【００３１】
＜起泡剤導入口１０４＞
起泡剤導入口１０４は、カラム１０１の下方に配置される。より正確には、起泡剤導入口１０４は、加工屑導入口１０２よりも所定以上の長さ離れて下方に配置される。
【００３２】
起泡剤導入口１０４からカラム１０１の内部空間の液体に、界面活性剤が導入される。
【００３３】
例えば、図示されない界面活性剤貯蔵部が起泡剤導入口１０４と接続されている。界面活性剤貯蔵部で貯められた気泡は、起泡剤導入口１０４を介してカラム１０１の内部空間に導入される。
【００３４】
導入された界面活性剤はカラム１０１の内部空間を上方向に移動する。界面活性剤は液体よりも密度が低いためである。
【００３５】
図８に、実施の形態１の浮選分離装置を用いた分離方法の処理のフローを示す。
【００３６】
＜ステップＳ１＞
気泡導入口１０３と起泡剤導入口１０４のバルブを閉める。カラム１０１の内部空間に水を導入する。例えば、加工屑導入口１０２から水を導入する。又は、カラム１０１が水導入口を備え、水導入口からカラム１０１の内部空間に水が導入されても良い。
【００３７】
図２に示すように、加工屑導入口１０２よりも下まで、水が溜められることが望ましい。
【００３８】
つまり、内部空間に液体が溜められたカラムを準備する。
【００３９】
＜ステップＳ２＞
加工屑導入口１０２からカラム１０１の内部空間の液体に、加工屑及び研磨剤を含む混合材料を導入する。
【００４０】
＜ステップＳ３＞
カラム１０１の内部空間に溜められる液体に、気泡導入口１０３から気泡を導入し、かつ、起泡剤導入口１０４から界面活性剤を導入する。
【００４１】
＜ステップＳ４＞
表面が撥水処理された研磨剤と気泡とは、表面が撥水処理されていない加工屑と気泡とよりも接触しやすい。そのため、加工屑よりも先に研磨剤が浮いてくる。
【００４２】
液体の上部に加工屑よりも先に浮いてくる研磨剤を取得する。例えば、撥水研磨材排出口１０５から研磨剤を取得する。
【００４３】
＜ステップＳ５＞
液体の上部に研磨剤よりも後に浮いてくる加工屑を取得する。例えば、撥水研磨材排出口１０５から加工屑を取得する。
【００４４】
（実施例１）
浮選装置のカラム１０１を４０ｃｍ長さの長尺な筒状をなし立てて配置した。
【００４５】
カラム１０１の頂部から６ｃｍ下に直径２ｃｍの加工屑導入口１０２を設け、カラム１０１の下部における加工屑導入口１０２から３０ｃｍ下にあるところに、直径１ｃｍの気泡導入口１０３を設置し、多孔板で焼結板のような小さな孔が多数あいているものを付けた。
【００４６】
気泡導入口１０３の０．５ｃｍ上方に、カラム壁の向かい側において、連続フロス層を作るための界面活性剤を投入できる起泡剤導入口１０４を設けた。カラム１０１の頂部に斜め下向きの直径５ｃｍの撥水研磨材排出口１０５を設置した。
【００４７】
気泡導入口１０３と起泡剤導入口１０４のバルブを閉めた。カラム１０１の内部空間に水を導入した。具体的には、加工屑導入口１０２から水を導入した。
加工屑導入口１０２のバルブを開けて水を加工屑導入口１０２のすぐ下まで充填した。
【００４８】
次に、図３に示すように、表面に撥水処理された撥水研磨材と処理されずの海砂を１：１で混ぜた混合物を１０ｇ取って加工屑導入口１０２からカラム１０１内に投入した。投入後すぐ加工屑導入口１０２のバルブを閉めて、気泡導入口１０３と起泡剤導入口１０４のバルブを開けて、カラム１０１内に同時に起泡と起泡剤を導入した。この際に、カラム１０１の下部からフロス層ができ、やがて上に浮上した。図４のように、浮上によって空けた下部の空間に新たにフロス層ができ、カラム１０１内では下部から連続なフロス層が上部に流れていくようになった。
【００４９】
図５のように、浮上した連続フロス層が撥水研磨材と海砂の混合物とぶつかり、浮選原理により撥水性を有する撥水研磨材が連続フロス層に乗って上に向いて流れ、親水性を有する海砂がそのまま沈み、カラム１０１の底部に到達した。撥水研磨材を含めたフロス層がやがて撥水研磨材排出口１０５へ流れてきて、適切な容器を用いてフロス層を受け取って収集した。
【００５０】
また、図６示すように、一部の撥水研磨材が海砂の中に混入してカラム底部に一旦沈んだが、時間が経てれば、カラム１０１底部の連続フロス層とぶつかり、徐々に浮上しはじめ、最終的に撥水研磨材排出口１０５から排出された。所定時間後に、気泡導入口１０３と起泡剤導入口１０４のバルブを閉めて浮選分離を終了した。撥水研磨材排出口１０５から収集したフロス層は、公知の洗浄、乾燥方法で処理を行い、撥水研磨材を回収した。
【００５１】
本発明の実施の形態１における分離用混合物の詳細は下記の表１に示す。また、気泡導入口１０３から供給した気泡のサイズは１ｍｍであった。そして、連続フロス層を作るための起泡剤はアルキルアミンオキシドとポリオキシエチレンアルキルエーテルといった界面活性剤と水が主成分の洗剤を使用した。
【００５２】
【表１】
2015155132.tif 000003
【００５３】
フローチャート１に示した分離方法と、上記分離用混合物を用いて、撥水研磨材の分離を３回ほど行った。ただし、カラム１０１下部からフロス層ができてから終了までの分離時間をそれぞれ変更した。所定分離時間の後、撥水研磨材排出口１０５から収集した固形物を秤量し、さらに接触角と外見の色を確認することによって、分離効率を評価した。その結果は、表２に示す。本発明の分離装置及び分離方法によれば、上記分離用混合物（１０ｇの内、５０％が撥水研磨材）の場合、分離時間は２分であれば、９８％といった非常に高い分離効率が実現できることが分かった。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
本開示の一態様に係る分離方法は、金属構造物を加工した後、加工に使われる研磨材と加工により生成された鉄粉などの金属屑が混在する加工屑から、研磨材を分離する方法であって、カラム下部の起泡剤導入口から界面活性剤と、カラム下部の気泡導入口から気泡を同時に投入し、カラム下部から浮上する連続なフロス層を作ることによって、撥水コーティング剤により少なくとも表面を有する撥水処理された研磨材（以下、撥水研磨材）を浮選原理によって前記フロス層に乗せ、カラム上部にある撥水性物排出口から排出させることで、加工屑から微小な撥水研磨材を安価で高効率的に分離する。
【００５６】
本開示の一態様に係る分離方法は、前記研磨剤は、粒子と前記粒子を覆う撥水膜で構成され、前記粒子は、ガーネット、アルミナ、天然砂、シリカから選択される少なくとも１つであり、
前記研磨剤は、９０度以上の接触角を有する。
【００５７】
本開示の一態様に係る分離方法は、撥水処理のための撥水コーティング剤はＣＦで形成された側鎖をもったフルオロアルキルシランである。
【００５８】
本開示の一態様に係る分離方法は、撥水処理のための撥水コーティング剤はＣＨで形成された側鎖をもったフルオロアルキルシランである。
【００５９】
本開示の一態様に係る分離方法は、撥水処理のための撥水コーティング剤は官能基としてトリクロロ基を有するトリクロロシランである。
【００６０】
撥水処理のための撥水コーティング剤は官能基としてアルコキシ基を有するアルコキシシランである。
【００６１】
本開示の一態様に係る分離方法は、直径が１００μｍ以下の微小撥水研磨材に対しても、高効率的に分離できる。
【００６２】
本開示の一態様に係る分離方法は、金属構造物を加工した後、加工に使われる研磨材と加工により生成された鉄粉などの金属屑が混在する加工屑から、研磨材を分離する装置であって、起泡剤導入口をカラム下部に、加工屑導入口をカラムの上部の側壁に設置し、カラム底部に排出口がない構造を有する浮選装置を用いて、撥水研磨材をカラム上部にある撥水性物排出口から排出させることで、金属加工屑から安価で高効率的に分離する。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
簡便な装置構成で加工屑及び研磨剤を含む混合材料から研磨材を容易に分離する装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  浮選分離装置
１０１、２０１  カラム
１０２、２０２  加工屑導入口
１０３  気泡導入口
１０４  起泡剤導入口
１０５  撥水研磨材排出口
【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】
2015155132.tif 000009
【図６】
2015155132.tif 000010
【図７】
2015155132.tif 000011
【図８】
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