(57)【要約】【課題】従来の比重選別方法では、使用する溶媒より軽い成分と重い成分とにしか選別できず、３種類以上の成分の選別ができなかった。又従来の溶媒は殆どが水で比重が１以上の成分と１以下の成分とにしか選別できなかった。【解決手段】比重の異なる複数種の樹脂３，４，５と溶質である硝酸カリウム６を含有する選別用液２を加熱すると、硝酸カリウムが徐々に溶解して選別用液の比重が増加して、前記樹脂が比重が軽い順に液面に浮上し、選別が行われる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に比重の異なる複数種の被選別体を分離する方法において、該被選別体を選別用液に加え、該選別用液の比重を変化させ少なくとも１種の被選別体を浮上又は沈降させて分離することを特徴とする比重選別方法。
【請求項２】
相互に比重の異なる複数種の被選別体と未溶解溶質を含有する選別用液を加熱して前記溶質を溶解させることにより、前記選別用液の比重を上昇させ、前記複数種の被選別体の一部を浮上させて選別除去することを特徴とする比重選別方法。
【請求項３】
選別用液が水で、溶質が硝酸カリウムである請求項２に記載の比重選別方法。
【請求項４】
被選別体が、破砕したペットボトル、一般プラスチックゴミ、自動車、家電製品、ＯＡ機器、パチンコ台を含むシュレッダダスト、及び工場の製造工程で副生する余剰プラスチックから選択される請求項２又は３に記載の比重選別方法。
【請求項５】
第１の溶媒に、相互に比重の異なる複数種の被選別体を加え、この第１の溶媒に、該第１の溶媒と比重の異なる第２の溶媒を加えることにより、少なくとも１種の前記被選別体を浮上又は沈降させて分離することを特徴とする比重選別方法。
【請求項６】
比重既知の溶媒に、相互に比重の異なる複数種の被選別体を加え、少なくとも１種の前記被選別体を浮上又は沈降させて該被選別体を２種類のグループに分離することを特徴とする比重選別方法。
【請求項７】
溶媒が硝酸カリウムである請求項６に記載の比重選別方法。
【請求項８】
浮上又は沈降させた被選別体のグループに対して遠心処理を行うようにした請求項６又は７に記載の比重選別方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比重選別により比重の異なる複数種の被選別体を分離する方法に関し、より詳細には選別用液の比重を変化させることを利用する被選別体の比重選別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球上の有限な資源を有効利用するために、回収された廃棄物のリサイクルの重要性が認識され、かつ実行されている。
例えば飲料用容器として汎用されているペットボトルの年間消費量は日本国内で数十万トン、全世界では数百万トンに達し、その一部がリサイクルされてワイシャツ等の衣料やカーペットに再利用されているが、実際にリサイクルされるのは消費量全体の僅少量に過ぎない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ペットボトルの回収−リサイクルが十分に行われない理由の一つは、ペットボトルは、ボトル本体のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂の他に、キャップやラベル等の樹脂が含まれているため、各樹脂ごとに選別することが困難なことである。通常のペットボトルは、キャップは比重が約０．９２のポリエチレン（ＰＥ）、ボディが比重が１．３〜１．４のＰＥＴで成形され、更にボディに貼り付けられているラベルは複数種の樹脂、例えば比重が約０．９２のＰＥ、比重が０．９３〜０．９８のポリプロピレン（ＰＰ）及び比重が１．０４〜１．０６のポリスチレン（ＰＳ）が使用されている。更に廃棄ペットボトルはラベルが貼付されたままで回収されることが多く、ＰＥＴにＰＥ等の貼付された前記比重以外の成分も含有する。
従来のペットボトルの選別は、風力分離と比重分離を併用し、回収ペットボトルを数ミリ程度に破砕し、破砕片を風力分離によりラベル類のような物質を分離した後、残りの樹脂片を水に浸漬して比重が１以下の樹脂と比重が１以上の樹脂に選別している。このように従来のペットボトルの比重分離は比重が１である水を使用するため、比重１を境にその前後の比重を有する樹脂の分離のみに使用され、従って例えば前述のペットボトル成分であるＰＳとＰＥＴ分離には使用できないという欠点がある。
【０００４】
比重選別はペットボトル以外の各種回収物のリサイクルにも使用され、例えば回路形成用荷電性粉末の選別に使用されている（特開２００１−２７６６４５号公報）。この選別方法では、水に替えて比重が１．９４である有機溶媒を使用して比重が共に１を超える２種類の物質の分離を行っている。この方法は、前述したＰＳとＰＥＴの樹脂の分離にも適用できるが、分離すべき物質間の比重差が小さい場合には、その間の比重値を有する溶媒を探し出す必要があり、更に３種類以上の物質の分離には適用できないという問題点がある。
従って本発明は、複数の、好ましくは３種類以上の比重の異なる物質の分離に好適に使用できる比重選別方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１に、相互に比重の異なる複数種の被選別体を分離する方法において、該被選別体を選別用液に加え、該選別用液の比重を変化させ少なくとも１種の被選別体を浮上又は沈降させて分離することを特徴とする比重選別方法、第２に、比重の異なる複数種の被選別体と未溶解溶質を含有する選別用液を加熱して前記溶質を溶解させ、前記選別用液の比重を上昇させて前記複数種の被選別体の一部を浮上させて選別除去することを特徴とする比重選別方法、第３に、第１の溶媒に、相互に比重の異なる複数種の被選別体を加え、この第１の溶媒に、該第１の溶媒と比重の異なる第２の溶媒を加えることにより、少なくとも１種の前記被選別体を浮上又は沈降させて分離することを特徴とする比重選別方法、第４に、比重既知の溶媒に、相互に比重の異なる複数種の被選別体を加え、少なくとも１種の前記被選別体を浮上又は沈降させて該被選別体を２種類のグループに分離することを特徴とする比重選別方法である。
【０００６】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明は、主として複数の被選別体を選別する際の選別用液の比重を変化させることを特徴とする。
本発明に従って、選別用液の比重を変化させ、その比重を、選別すべき複数の被選別体の間の比重値に調節すると、選別用液の比重より比重の大きい被選別体は選別用液内に沈降し、選別用液の比重より比重の小さい被選別体は選別用液の液面に浮上する。この浮上物を掬い取って除去することにより沈降物から分離できる。
【０００７】
比重の調節手段は特に限定されないが、例えば第１に、溶媒に溶質を溶解させて選別用液を調製し（当初の選別用液に溶質が溶解していなくても良い）、溶解溶質量が増加するにつれて選別用液の比重を増加させる手段があり、第２に２種類以上の比重の異なる溶媒を混合して両比重間の任意の比重を有する選別用液を調製する手段がある。
第１の溶媒に溶質を溶解させる手段の一態様として、水に無機化合物例えば硝酸カリウムを溶解させる手法がある。硝酸カリウムは食品添加剤として使用されているように人体に無害で、回収物を人体が摂取し、回収物が人体に接触する場合でも、毒性の面を考慮する必要がないという利点を有している。
更に硝酸カリウムの水に対する溶解度は温度によって著しく変化する。
【０００８】
従って氷冷時の飽和硝酸カリウム水溶液と沸騰時の飽和硝酸カリウム水溶液とは、特定比重範囲でほぼ直線的に変化し、未飽和硝酸カリウム水溶液及び硝酸カリウムを溶解していない水も考慮すると、比重１（４℃の水）から例えば比重２の範囲で溶媒（選別用液）の比重が調節できることになる。
例えば比重が０．９５、１．０５、１．１５及び１．２５の４種類の樹脂（それぞれ樹脂Ａ、樹脂Ｂ、樹脂Ｃ及び樹脂Ｄとする）の選別は水及び硝酸カリウムを用いて、例えば次のようにして行うことができる。
【０００９】
まず樹脂Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを水に加えると、樹脂Ａのみが水より軽いため水面上に浮上し、樹脂Ｂ〜Ｄは沈降するので、浮上している樹脂Ａを除去する。
続いて攪拌下で、樹脂Ｂ〜Ｄが沈降している水に室温で過剰量の硝酸カリウムを加えると、室温下での飽和硝酸カリウム水溶液が生成し、残りの硝酸カリウムは未溶解のまま水溶液中に粉状に残存する。この水溶液の比重は、樹脂Ｂの比重より大きいため、樹脂Ｂは水溶液の液面に向かって浮上し、残りの樹脂Ｃ及びＤは水溶液の底部近傍に沈降するので、浮上している樹脂Ｂを容易に除去できる。
【００１０】
次いでこの硝酸カリウム水溶液を加熱して沸騰させると水溶液中の過剰の硝酸カリウムが徐々に溶解して１００℃又はそれより若干低温での飽和硝酸カリウム水溶液が生成する。この水溶液の比重は樹脂Ｃの比重より高いため、樹脂Ｃは水溶液の液面に向かって浮上し、残りの樹脂Ｄは水溶液の底部近傍に沈降する。樹脂Ｃを樹脂Ｄから分離することにより、４種類の樹脂Ａ〜Ｄをそれぞれ分離することができる。
この手法は水と硝酸カリウムを使用するため、上述した毒性の問題が生じることがなく、水や硝酸カリウムが回収物と反応する可能性も殆どなく、本発明の望ましい形態である。
この形態では、溶媒を水、溶質を硝酸カリウムに限定する必要はなく、加熱により溶解度が変化する任意の溶媒−溶質の組み合わせを使用できる。
【００１１】
次に前述した第２の手法である、２種類以上の比重の異なる溶媒を混合する形態を説明する。
本形態では比較的比重差の大きい複数の、通常は２種類の溶媒を使用する。比重が小さい溶媒Ａと比重の大きい溶媒Ｂを使用し、溶媒Ａに溶媒Ｂを徐々に加えて混合して選別用液を調製すると、溶媒Ａの比重から溶媒Ｂの比重より若干小さい比重までの任意の比重の選別用液が得られることになり、しかも比重変化がほぼ直線的になる。更に前述の水溶液を使用する態様では比重が１未満の物質の選別が不可能であるが、本形態では、溶媒を選択することにより比重が１未満の物質の選別が可能になる。
【００１２】
例えば有機溶媒であるエチルアルコールの２０℃での比重は０．７８９（沸点は７８．５℃）で、他の有機溶媒であるエチレングリコールの２０℃での比重は１．１０９（沸点は１９７℃）である。
従って比重が０．７８９と１．１０９の間の任意数の樹脂等の固体状物質、比重０．７８９未満の１種類の固体状物質及び比重１．１０９を超える１種類の固体状物質の破砕片を、エチルアルコールに加えると、比重０．７８９未満の１種類の固体状物質のみがエチルアルコールの液面に浮上して除去される。
【００１３】
次いでエチルアルコールに徐々にエチレングリコールを添加していくと、この混合有機溶媒の比重が０．７８９から１．１０９の近傍まで直線的に変化して、各樹脂の比重に達した段階で対応樹脂が浮上して残りの樹脂から除去できる。
ここでは比重の小さい溶媒へ比重の大きい溶媒を添加して混合溶媒（選別用液）の比重を変化させる手法を説明したが、逆に比重の大きい溶媒へ比重の小さい溶媒を添加しても良い。
【００１４】
この有機溶媒の組み合わせは、第１に互いに可溶で均一な溶液を構成できること、第２に比重差が大きいこと、第３に沸点差が大きいことを考慮して選択することが望ましい。沸点差が大きいと、得られる混合溶媒を蒸留により、混合前の個々の有機溶媒に戻して再利用できるからである。つまり前述したエチルアルコールとエチレングリコールの組み合わせでは、エチルアルコールの沸点７８．５℃とエチレングリコールの沸点１９７℃の間には１２０℃に近い沸点差があり、大量の溶媒回収に適した蒸留操作により、溶媒を回収して再利用できる。
この比重の異なる溶媒を使用する形態では、第１の溶媒へ、第２の溶媒を加える速度により比重変化速度を調節でき、選別対象の樹脂等が沈降又は浮上した際に溶媒の添加を停止すると、混合溶媒の比重を停止時の比重値に維持でき、比重差の小さい樹脂等の選別の場合も正確に分離できる。
【００１５】
この混合溶媒を使用する手法では、被選別体が溶媒と反応したり、溶媒により劣化したりする場合には使用しないことが望ましい。
更に高沸点のエチレングリコール等を使用する場合には、溶媒が選別された被選別体の表面から除去し難くなることがある。このような場合には洗浄工程を改良して高沸点溶媒でも比較的容易に除去できるようにするか、蒸留効率をある程度犠牲にして低沸点溶媒を使用すれば良く、例えばメチルアルコール−水の組合せが使用できる。
【００１６】
これまで説明した第１及び第２の手法は、加熱又は冷却により選別用液の比重を直線的に変化させるようにしているため、選別対象物質の比重が未知であっても、選別用液の比重が対象物質の比重に達した時点で対象物質のみが浮上又は沈降し、各対象物質に選別できる。
比重を直線的に変化させることにより、このように比重未知の対象物質を選別できるという効果が生じるが、本発明はこれらに限定されず、選別用液の比重を非直線的に変化させるようにしても良い。
【００１７】
つまり複数の選別対象物質の比重が既知の場合に、比重値が隣接する各選別対象物質の比重の間の比重値を有する複数の選別用液を準備し、前記複数の選別対象物質を前記複数の選別用液に順次浸漬し、各対象物質を沈降又は浮上させて分離する。
例えば比重が０．７５、０．９０、１．１０及び１．３０の４種類の樹脂を選別する場合には、比重が０．７８９のエチルアルコール、比重が１の水、比重が１．２０の硝酸カリウム水溶液を選別用液として使用する。前記４種類の樹脂の破砕片を比重が１．２０の硝酸カリウム水溶液に加えると、比重が１．３０の樹脂のみが沈降し、他の樹脂は硝酸カリウム水溶液の液面に浮上する。浮上した樹脂を掬い取って、比重が１の水に加えると、比重が１．１０の樹脂のみが沈降し、比重が０．７５及び０．９０の樹脂は水面に浮上する。浮上した樹脂を掬い取って、比重が０．７８９のエチルアルコールに加えると、比重が０．９０の樹脂のみが沈降し、比重が０．７５の樹脂は液面に浮上して、各樹脂が選別される。
【００１８】
この形態では異なる種類の選別用液を使用したが、選別する樹脂の比重範囲によっては、同じ種類の選別用液、例えば溶解量の異なる硝酸カリウム水溶液を使用しても良い。
これまで樹脂の選別に関し詳細に説明したが、本発明は樹脂の選別に限定されるものではなく、金属、紙、木等の選別にも適用でき、更に選別対象としては、ペットボトルの他に、一般プラスチックゴミや、自動車、家電製品、ＯＡ機器、パチンコ台等のシュレッダダスト、及び工場の製造工程で副生する余剰プラスチック等がある。
なお本発明の特殊な態様として、溶媒の比重を変化させずに被選別体の分離を行う手法がある。例えば比重１．０５の硝酸カリウム水溶液を準備し、この水溶液に複数の粉砕樹脂を投入し攪拌すると、比重１．０５未満の粉砕樹脂が硝酸カリウム水溶液表面に浮上し、比重１．０５を超える粉砕樹脂は硝酸カリウム水溶液中に沈降して２つのグループに分離できる。
【００１９】
この態様の場合には、浮上又は沈降した被選別体グループを遠心処理しても良い。浮上又は沈降した被選別体グループが比重の異なる複数の樹脂等を含んでいる場合には、遠心処理により各グループ中の被選別体が比重の重い被選別体グループと比重の軽い被選別体グループに遠心分離される。例えば比重の異なる４種類の樹脂の分離を行う場合、溶媒の比重で２種類ごとの２グループに分けておけば各グループで２種類の樹脂を分離するだけで済むため、分離効率が上昇する。なお本発明の対象とする樹脂等の被選別体は、通常他の不純物が表面に付着していたり、空気を包含していることがある。この場合には分離された被選別体の品質が低下したり、被選別体の比重が本来の比重と異なって正確な比重分離ができなくなるおそれがある。これを防止するためには、攪拌を十分に行ったり、分離前に遠心処理を行ったりすれば良い。前述した遠心処理でも不純物除去等が達成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係る比重選別方法の一例を添付図面に基づいて説明するが、これは本発明を限定するものではない。
図１Ａ〜Ｃは、硝酸カリウム水溶液を使用してペットボトルの破砕片を選別する一連の工程を模式的に示す説明図である。
【００２１】
ビーカー状の選別用容器１に水２を満たし、この水の中に比重が１．０５の樹脂３、比重が１．０７の樹脂４及び比重が１．１０の樹脂５を加え、更に強加熱時に飽和する量の硝酸カリウムの粉末６を添加した（図１Ａ）。この状態では硝酸カリウムは僅少量が溶解するのみで、大部分が粉末として存在し、硝酸カリウム水溶液２の比重は１．０５に達していないため、選別対象の樹脂３、４、５は容器１底部に沈降している。
この状態から、攪拌しながら容器１内の硝酸カリウム水溶液２を加熱すると、図１Ａでは粉末として存在していた硝酸カリウムの溶解が促進され、硝酸カリウム水溶液２の比重が１．０５より大きくなる。すると比重が１．０５である樹脂３は硝酸カリウム水溶液２の液面まで浮上する（図１Ｂ）。この樹脂３を掬い取ると、沈降している樹脂４，５から分離できる。
【００２２】
その後加熱を継続すると、図１Ｂでは粉末として存在していた硝酸カリウムの溶解が促進され、硝酸カリウム水溶液２の比重が１．０７より大きくなる。すると比重が１．０７である樹脂４は硝酸カリウム水溶液２の液面まで浮上する（図１Ｃ）。この樹脂４を掬い取ると、沈降している樹脂５から分離でき、樹脂３，４，５が選別される。
なお図１Ａ〜Ｃの例では、複数の樹脂を硝酸カリウム水溶液中に沈降させ、この水溶液を加熱することにより、水溶液の比重を徐々に大きくして樹脂を１種類ごとに浮上させて分離したが、これとは逆に、加熱した飽和又は飽和に近い硝酸カリウム水溶液の液面に複数の樹脂を浮上させ、この水溶液を冷却することにより、水溶液の比重を徐々に小さくして樹脂を１種類ごとに沈降させて分離するようにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明方法は、相互に比重の異なる複数種の被選別体を分離する方法において、該被選別体を選別用液に加え、該選別用液の比重を変化させ少なくとも１種の被選別体を浮上又は沈降させて分離することを特徴とする比重選別方法（請求項１）である。
この比重選別方法では、選別用液の比重を変化させるため、この選別用液の比重値を、選別すべき複数種の被選別体の比重値の間に設定することにより、幅広い比重範囲の被選別体の選別が可能になる。比重という特定の物性値の差異を使用するため、選別を確実に行うことができ、僅かな比重差があれば多数の被選別体を一度の操作で選別できる。
従って、従来の比重選別方法の欠点である水の比重１より大きい比重成分と小さい成分のみの選別しかできない、又特定の２成分を選別するためにそれらの比重の中間の値の比重を有する溶媒を探し出さなければならないといった不都合が解消できる。
【００２４】
選別用液の比重値を変化させる手法として、比重の異なる複数種の被選別体と未溶解溶質を含有する選別用液を加熱して前記溶質を溶解させ、前記選別用液の比重を上昇させる方法があり、これにより前記複数種の被選別体の一部を浮上させて選別除去できる（請求項２）。
この方法では、選別用液の比重より比重の大きい複数種の被選別体の選別に限定されるが、選別用液を加熱することにより、比重の小さい被選別体から順に選別用液の液面に浮上する。浮上した被選別体を液面から除去することにより、簡単に複数種の被選別体の選別が可能になる。
【００２５】
この選別方法では、選別用液を水とし、溶質を硝酸カリウムとすることが望ましい（請求項３）。これは、硝酸カリウムが人体に無害で、更に水に対する溶解度が温度によって著しく変化し、従って温度による硝酸カリウム水溶液の比重の変化が大きく、比重選別が容易に行えるからである。
更にこの選別方法は、大量廃棄されるペットボトルの選別に有効利用でき（請求項４）、各比重成分に選別することにより、ペットボトルのリサイクルが促進される。
【００２６】
本発明方法は、第１の溶媒に、相互に比重の異なる複数種の被選別体を加え、この第１の溶媒に、該第１の溶媒と比重の異なる第２の溶媒を加えることにより、少なくとも１種の前記被選別体を浮上又は沈降させて分離するように実施しても良い（請求項５）。この方法では、第１の溶媒と第２の溶媒の両比重の間で（第２の溶媒の近傍は除く）、加熱操作を必要とすることなく、複数種の被選別体の選別が可能になる。
又本発明は加熱を行わない態様、つまり比重既知の溶媒に、相互に比重の異なる複数種の被選別体を加え、少なくとも１種の前記被選別体を浮上又は沈降させて該被選別体を２種類のグループに分離する態様を含み（請求項６）、より簡便な分離法として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ〜Ｃは、硝酸カリウム水溶液を使用してペットボトルの破砕片を選別する一連の工程を模式的に示す説明図。
【符号の説明】
１　　選別用容器
２　　水（硝酸カリウム水溶液）
３，４，５　樹脂
６　　粉末状硝酸カリウム
【図１】
2004009016.tif 000003