Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
#### 2.2.6 電気パルス粉砕

以上の力学的粉碎機に加えて, 数年前にその試験機が開発された SELFRAG AG 製, 高電圧パルス粉碎装置(以後, 電気パルス粉碎機, EDと記す)を使用した。早大・大和田研究室のこれまでの研究により, この電気パルス粉碎では, 各種複合物の構成成分単体分離性の高い産物が得られることが知られている。電気パルス粉碎機の外観を図2.14に示した。

図 2.14 電気パルス粉砕機(ED)の外観

### 2.3 各種粉砕試験の条件

以下に本研究で行った各種粉砕試験の条件を示す。なお，各粉砕試験条件の決定にあたっては，事前に簡易基板による予備試験を行い，実装部品がなるべく非破壊で基板から剥離する条件を選択した。なお，CFSでは，その条件のほかに比較のために比較的激しい破壊の起こる条件も設定し，前者をCFS-1，後者をCFS-2とした。またボールミル試験では，上記のような条件を発見できなかったため，粉砕時間5min（以後BM5と記す）と40min（以後BM40と記す）の両条件にて試験を行った。ED試験については，上記の条件として，印加電圧：150kV，印加回数：200回の条件とした。本装置は5Hzの高電圧パルスの印加が可能であり，この場合の粉砕試験時間は40sである。
表 2.1 各種粉砕機による試験条件

PS-1	PS-2	CFS-1	CFS-2
回転速度 (rpm)	750	1000	700(800, 600)	800
粉碎時間 (s)	120	90	5	20
BM5	BM40	HC-1	HC-2
回転速度 (rpm)	42	42	670	320
粉碎時間 (s)	300	2400	40	1~2

### 2.4 物理選別試験

各種粉砕産物にはそれぞれ粒群別に物理選別を施したが, ここではその際に使用した各種選別装置を示す。

#### 2.4.1 フェライト磁選, レアアースロール選別の 2 段階磁選

磁選では全ての選別フローにおいて，ドラム表面磁束密度1500Gのフェライトドラム磁選機(以下，FD磁選機)を用いて低磁場磁選を行ったのちに，その非磁着物をロール表面磁束密度8000Gのレアアースロール磁選機(以下，RR磁選機)を用いて高磁場磁選を行った。

FD 磁選機の外観を図 2.15 に, 概要図を図 2.16 に, RR 磁選機の外観を図 2.17 に, 概要図を図 2.18 に示した。これらの磁選機は共に日本エリーズ製のもので, FD 磁選機の型式は 228 15"D×12"WCC ドラム, RR 磁選機の型式は LAB-6 ST8874 である。

図 2.15 FD 磁選機の外観

図 2.16 FD 磁選機の概要図
図 2.17 RR 磁選機の外観

図 2.18 RR 磁選機の概要図

FD 磁選機は, 回転式ドラムの内部に 6 つの扇形磁極が固定されていて, その周りをスクレイパーのついたドラムが回転している。試料はドラム上部の振動フィーダーからフィードされ, 弱磁性粒子は磁極の影響を受けずにドラムの回転により放物線を描いて落下する。一方, 強磁性粒子は, ドラム上に吸引されるが, スクレイパーによって掻き出され, 磁極とは反対の方向 (図 2.16 の場合左側) に落下する。なお, 試験時のドラム回転速度は 40rpm である。

次に RR 磁選機について述べる。RR 磁選機にはベルトを回転させる 2 つのロールのうち，前方のものの内部にドーナツ型のレアアース(NdFeB)ロール磁極が計 11 個設置されている。11 個の磁極は N 極同士，S 極同士が隣り合うように並べられているため，強力な磁界を発生することができる。磁選時には，粒子がロールから落下する際に飛距離が連続的に変化するため，1 つの分離板ではなく，6 つの産物回収用セルを使用した。回収セルはプラスチック製であり，セル内に着地した粒子が飛びはね，隣接する回収するに入るのを防ぐため，そこにゴムを敷き，隙間をボンドで埋めた。また，回収セル同士の境界には，山折りにした紙を設置し，回収セルの隙間に試料が入り込むのを防いだ。なお，RR 磁選機のベルト速度は 40m/s である。

#### 2.4.2 渦電流選別

比較的大粒度の2-31.5mmの4粒群のRR磁選で得られた中間産物，非磁着物を対象に，渦電流選別機(以下，ECS)による渦電流選別を行った。この選別機は日本エリーズ製で型式はECS-1222型である。渦電流選別機の外観を図2.19に，構造の概略を図2.20に示す。構造としては，振動フィーダーから試料をフィードレ，ベルト上を移動させ，N極·S極が交互に配置されたロータが独立して高速回転することによって発生する磁界により，良導体粒子にのみ反発力が働き，仕切り板を越えることによって不良導体粒子との選別が行なわれる。なお，ECSのドラム表面磁束密度は約2000G
である。

試験条件は過去の個別試験によって得られた最適条件を採用し, もしも思わしくない場合は条件を変更する方法を用いた。ロータ回転速度は, 現場の方の知見により正転方向に 2000 rpm と統一した。また, 図 2.21 に選別試験における分離版の位置関係を示した。既存のセパレーターでは選別機からの位置が遠く, 分離が困難であったため, その上に手作りの分離板を固定しセパレーター場所を自由にコントロールできるようにした。各粒群において予備試験を行ないそれぞれの最適な分離板位置を決定した。分離板の位置を表 2.2 に示した。また, 回転方向については, 逆転も正転も部品の挙動に違いがなかったので正転で統一をして試験を行った。

図 2.19 渦電流選別機の外観

図 2.20 渦電流選別機の構造概略

図 2.21 分離板の位置

表 2.2 分離板の位置

試料粒群	X (mm)	Y (mm)	Z (mm)
16-32mm	80	5	12
8-16mm	80	5	12
4-8mm	74	8	8
2-4mm	67	7	5
#### 2.4.3 湿式テーブル選別

1-2mm, 0.5-1mm, 0.25-0.5mm の 3 粒群に対し, 金属類とプラスチックを分離するため湿式テーブル選別を行った。この選別機は Wilfley mining machinery 製で, 型式は試験用 Wilfley テーブル W87032 である。装置の外観を図 2.22 に概要図を図 2.23 に示した。

図 2.22 湿式テーブル選別機の外観

図 2.23 湿式テーブル選別の概要図

テーブルの揺動は, 図 23 にて左右方向に緩やかに前進, 急速に後退という動きを与える。重粒子はテーブルとの摩擦力が大きいため前進が早いが, 軽粒子はそれが小さいため, 前進は遅い。また, テーブルの揺動方向に対し, 垂直に水の薄流を成して流れており, 大粒子は薄流の影響を受けやすいため薄流の方向に早く流されるが, 小粒子はその影響を受けにくいため流されにくい。したがって, 湿式テーブル選別では上記両方の影響を受けるため, 高比重・小粒子であるほど揺動の影響を強く受けてテーブル上を前進し, 低比重・大粒子はむしろ薄流の影響を受けてテーブルの手前 (図 23 では右側) に運ばれる。本試験においては, テーブルの回転速度は 500rpm, 薄流の流速を 11.5L/min, フィード量は 50g 程度とした。各粒群におけるテーブル選別の衝定およびテーブルの傾きを実験条件を表 2.3 に示した。なお, θ2 は, いずれの場合も 0.1° とした。

表 2.3 湿式テーブル選別の実験条件

試料粒群	衝定(mm)	角度θ1(°)
16-32mm	7	10
8-16mm	5	20
4-8mm	5	20
また，フィードは湿式フィードとした。これは試料と水を事前に混ぜ合わせ懸濁液を作成してからフィードするものである。この懸濁液調整では，試料約60gをバット上で充分に水に濡れさせ，パルプ濃度20wt％となるように調整した。

セルは図 2.23 のように 6 個設置し, セル①～⑥と番号を振った。なお, 運転を継続してもテーブルの右端に留まり続ける試料は運転終了後に残渣として回収した。回収したそれぞれの産物は, 蒸発皿に広げ, 図 2.24 に示す乾燥機で乾燥させた。なお, この乾燥機はヤマト科学製で型式は DS-44 である。

図 2.24 電気乾燥機

#### 2.4.4 静電選別

導電体と非導電体を分離するため，静電選別を行った。用いた選別機は，静電・コロナ放電併用型で日本エリーズマグネチックス製，型式 ETS-1410 である。装置の外観を図 2.25 に，概要を図 2.26 に示す。

図 2.25 静電選別機の外観

図 2.26 静電選別の概要図
この静電選別では, コロナ放電電極と静電電極側を負として高電圧を与えており, 接地ロールは相対的に正に帯電することとなる。この電場にフィードされた良導体粒子は帯電した負電荷を設置ロールに漏洩し, 相対的に正に帯電するため, 接地ロールと反発して, 図 2.26 の右側に落下する。一方, 不良導体粒子は帯電した負電荷を接地ロールに漏洩できないため接地ロール上に付着し, スクレイパーによって掻きだされて, 図 2.26 の左側に落下する。

本研究で使用した各粒群における最適印加電圧を表2.4に示した。また，接地ロールの回転速度は0.7m/sとした。これらの条件は過去に予備試験で求められたものである。

表 2.4 各粒群の最適印加電圧

試料粒群	最適印加電圧(kV)
1-2mm	25.0
0.5-1mm	25.0
0.25-0.5mm	27.0
-0.25mm	28.0

#### 2.5.5 物理選別フロー

本研究では物理選別において，2mm 以上の比較的粗粒側の産物を対象とした「部品選別」と 2mm 以下の細粒側産物を対象とした「粉体選別」の 2 種類のコンセプトに分けて実施した $ ^{2)} $ 。図 2.27 に「部品選別」フローを，図 2.28 に「粉体選別」フローを示す。

図 2.27 「部品選別」フロー
図 2.28 「粉体選別」フロー

本研究ではパーツセパレータ粉砕産物に対し，「部品選別」と「粉体選別」を行なうとともに，ボールミル粉砕産物のおよそ70％を占める2mm以下の産物に対し「粉体選別」を施した後にパーツセパレータの「粉体選別」結果と比較を行った（ボールミルの「部品選別」は昨年度実施）。なお，ボールミルの「粉体選別」においてはRR磁選の非磁着物の重量が非常に少なかったため，これらに対する静電選別は行わなかった。

したがって, パーツセパレータの「部品選別」の産物数は 24 産物, 「粉体選別」の産物数は 22 産物であり, ボールミルの「粉体選別」の産物数は 18 産物となった。

### 2.5 粉砕・選別産物の前処理・分析装置

ここでは、各種産物に対して行った種々の分析装置を示す。

#### 2.5.1 ロータップ篩振とう器

篩分けに使用したロータップふるい振とう器は, 吉田製作所製 1036B 型(電源 100V, 電動機 0.25kW)である。外観を図 2.29 に示した。
図 2.29 ロータップふるい振とう器

分級の際に使用したふるいは, 目開きが31.5,16,8,4,2,1,0.5,0.25mmのJIS標準ふるいである。フィードした試料投入量は各ふるい網上で粒子が多層にならない程度の重量で, ふるい分け時間は15minとした。

#### 2.4.2 組成分析

各選別産物の化学分析には蛍光 X 線分析(以下, XRF 分析)を, 可燃分分析には灰化を行った。試料はいずれも振動ミルにて $ 105 \mu m $ 以下の粉末とし, XRF 分析ではその後万能試験機を用いて圧縮成型を行った。図 2.30 に組成分析のフローを示す。

また, Ag, Au, Pd, Pt 等の貴金属や試料重量が極端に少ないものはカナダの Activation Laboratory に ICP 分析を依頼した。

以下に, XRF 分析, 灰化分析, ICP 分析のそれぞれの過程の条件等を示す。

図 2.30 組成分析フロー
## (1) オリエントミル粉砕

オリエント製オリエント竪型粉砕機 VM-16 型を用いた。大きさ 8mm 以上の部品に関してはこの粉砕機を使用し, 数 mm にまで粉砕した。図 2.31 その外観を示した。

図 2.31 オリエントミルの外観

## (2) 振動ミル粉砕

XRF の分析試料の粉砕に用いた振動ミルは, シーエムティー科学製 TI-100 型, (振幅 7mm, 振動回転速度 1440rpm/50Hz) であり, その外観を図 2.32 に示した。

図 2.32 振動ミル

この振動ミルで使用する粉砕用セルは, アルミナ製, 内径 6cm, 標準ロッド直径 4cm のものである。粉砕用セルとロッドの外観を図 2.33 に示した。
図 2.33 粉砕用アルミナセルとロッド

振動ミル粉砕ののちにはメノウ乳鉢を用いて微粉砕を行い, その試料を $ 105\mu m $ のふるいにてふるい分けを行い, 網上試料は再び振動ミル粉砕を行って全ての試料が網下に行くまで粉砕を行った。

## (3) 压缩成型

XRF の分析試料を加圧成型するために用いたものは, 万能試験機 (島津製作所製, UH-300kNIR, 最大圧盤間距離 720mm, 圧盤の大きさ φ100mm) である。外観を図 2.34 に示す。

図 2.34 万能試験機

圧縮成型の手順であるが，まず，薬包紙を敷き，金属円盤を置き，その上に薬包紙を敷き，アルミリング( $ \phi=10mm $ )を置き，リング内に試料を山盛り(2g程度)を入れ，その上に金属円盤を置き運転を開始した。圧力は10tとし，圧縮時間は1minとした。

## (4) XRF 分析

圧縮成型後の試料を RIGAKU 製 ZSX-Primus II を用いて, XRF 分析を行った。XRF 分析装置の外観を図 2.35 に示す。分析条件は「定性分析」とし, 自分で分析・測定の条件を設定可能な「オーダー分析」により, FP 法(SFP 法)を用いて分析を行った。
図 2.35 XRF 分析装置

## (5) 灰化試驗

試料中のプラスチックや樹脂などの可燃分を分析するために灰化を行った。この試験における減量分を H, C, N, O で構成する可燃分とした。灰化方法は JIS-M-8812 に従った。灰化に用いた電気炉を図 2.36 に示した。

図 2.36 電気炉の外観

105μm 以下に振動ミル粉砕した試料を 1 g を秤量し, 恒量が既知の灰化用皿に入れ, 常温から 1h で 500℃ まで, 次に 30min で 815℃ まで昇温させ, 同温度を 1h 保ち燃焼させた。なお, 含有金属等の酸化によって試料重量が増加する場合もあったが, その際は可燃分をゼロと仮定した。灰化分析のフローを図 2.37 に示した。
図 2.37 灰化分析フロー

## (6) ICP 分析

Ag, Au, Pd, Pt 等の貴金属や試料重量が極端に少ないものは XRF 分析では分析が困難であるため, カナダの Activation Laboratory に ICP 分析を依頼した。以下に Activation Laboratory での分析の事前処理および方法について記す。

## (a) Au, Pd, Pt

試料は, 還元剤として, ホウ砂, ソーダ灰(無水炭酸ナトリウム), 酸化鉛(PbO), 焼成した微細繊維と, 捕集剤として Ag を加えて混合する。その後, 耐火粘土製るつぼで $ 1100^{\circ}C $ , $ 1~h $ 融解させる。熔湯を鋳型に注ぎ, Pt, Pd, Au, Ag を含む鉛ボタンを鉛キューブに形成し, 灰吹法として $ 860^{\circ}C $ に予熱した灰吹皿に入れる。鉛は Au, Pt, Pd を含む小さな Ag 溶着ビードからはなれて灰吹皿に吸収される。このビードはテストチューブの中にて王水で蒸解・希薄し, Perkin Elmer 製 Sciex Elan 9000 (ICP/MS) で分析する。

## (b) Ag とその他の元素

試料はジルコニウムるつぼで 650-700℃，30min 融解させる。るつぼ中に形成されたケーキは，純水で溶解し，濃硝酸と濃塩酸で酸性にする。得られた溶液は希薄し，Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn については Varian 製 735(ICP/OES) にて分析する。Ta, W, La, Ce, Dy, Nd, Sr については Perkin Elmer 製 Sciex Elan 9000(ICP-MS) で分析する。Zr は王水/HF 蒸解の後に，Thermo 製 6500(ICP-OES) で分析する。

### 3. 粉碎産物中の各種成分分配の粒度依存性

### 3.1 粉碎産物の粒度分布

まず, 図 3.1 に各粉砕機で得られた粉砕産物の粒度分布を示す。
図 3.1 各粉砕機の粉砕産物粒度分布

同図より，「BM40」粉砕産物では細粒側の割合が多いことがわかる。これは「BM40」粉砕では剥離した部品と鉄球ミルとの衝突により部品の破壊が進んだためと考えられた。また，「PS-1」と「PS-2」の粒度分布を比べると，「PS-1」の粉砕産物の方が細粒の割合が多いということが分かる。「PS-1」では長く角張ったブレードにより基板および実装部品の破壊が進行したことが伺われる。「CFS」粉砕産物では，「CFS-1」と「CFS-2」で粉砕条件が異なるにも拘わらず粒度分布に大きな差がないという結果が得られた。「HC-2」の粒度分布は剥離部品そのものの分布に最も近く，理想的な部品剥離・破壊が起きていると推測された。「ED」産物の粒度分布は，「BM4・50」を除いた粉砕機に比べ細粒側にシフトしていた。

図 3.2 に各粉砕産物の着目元素別の粒度分布を示した。
図 3.2 各粉碎産物の着目元素別の粒度分布

Ta については, 「BM」ではいずれも分布は細粒側にシフトしており, タンタルコンデンサが破壊されていることが推測される。他の粉砕機では概ね分布は狭く(勾配が大きく)タンタルコンデンサはほぼ非破壊の状態で剥離したものと考えられる。「ED」では, タンタルコンデンサとしては 2-4mm のサイズであるが, 「PS」や「CFS」での粉砕物については, Ta は 2mm 以下に 20%ほど分布しており, その一部が破壊されていることが伺えた。「HC」に関しては粗粒側に狭い分布を呈しており, タンタルコンデンサはほぼ非破壊で剥離したと考えられる。この理由として, 「HC」にはスクリーンが内蔵されており,
剥離した部品類は過粉砕される前に系外に排出されるためと考えられた。

今回の廃電子基板では Nd は主にコンデンサに含まれている。「PS-1」では分布の幅が広く，コンデンサ類の破壊が起きているものと考えられる。もとの部品サイズよりも小さい粒度には約 40%が分布していた。「PS-2」や「HC-1」については，分布自体は小さくいものの，その分布幅は非常に狭く，ここでの破壊は，コンデンサ自体の破壊ではなく，それに付属している所謂「足」の部分がコンデンサから分離されたものと考えられた。

Co はコアコイルや EPROM などの大型の部品に多く含まれるが，一部は積層セラミックコンデンサ，金属抵抗器等の小型部品にも含まれている。「BM5」「BM40」以外の粉砕では分布幅は非常に狭いことが分かる。

Pd はセラミックコンデンサ等の小型部品に使われており, もともとの部品自体が小さなものが多いので多少の部品破壊が見られるものの, 大きく粒度が変化しているものは少ない。

Ptは積層セラミックコンデンサやコネクタ等の大型部品に含まれているので破壊により粒度が小さくなっているものが多い。

Au と Ag の傾向は似ており, 主に IC や CPU などに多く使われている。Au は接続部のメッキとして使われており, Ag は Au に比べ多岐に使用されている。Ag, Au の分布幅は元々の部品サイズのそれほぼ同様であり, 粒度のみが小さくなるという結果であった。これは, Ag や Au が IC や CPU の中心部分に使われており, 粉砕により部品の周りが破壊され, 粒度が小さくなったものと考えられる。

### 3.2 Rosin-Rammler 分布による比較

各粉砕産物中での元素分配の粒度依存性は概ね Rosin-Rammler 分布に適合した。その粒度特性数と均等数の関係を図 3.3 に示す。同図では, 粉砕産物全体の粒度特性数(以下, 平均粒度特性数)と均等数(以下, 平均均等数)の位置を原点とし, 4つの象限に分類した。

一般に, サイズごとにある成分が濃縮することは後段の物理選別に有利であり, また各物理選別操作では適用粒度範囲が限られているため, 均等数が大きい(粒度分布幅の狭い)ものほどその選別性が良くなる傾向を示すことが知られている。
図 3.3 各粉砕産物中の各種元素の Rosin-Rammler 分布における粒度特性 数と均等数の関係

図 3.3 より「PS-1・2」「CFS-1・2」「HC-1・2」の粉砕条件では,「BM5」「BM40」に比べ,ほとんどの元素で粒度特性数・均等数が大きいことが分かる。特に「PS-2」「CFS-1」「HC-2」の平均粒度特性数は他のものよりも大きく,実装部品がほぼ非破壊の状態で基板から剥離されたことが伺える。しかし,「CFS-1」における全元素のプロットはほぼ同じ領域に存在しているため,ふるい分け・分級による相互分離はあまり期待できない。一方,「PS-2」「HC-2」では平均均等数が高いが,元素毎にその平均粒度特性数が異なっているため,ふるい分け・分級による相互分離が有効であることが示唆される。「ED」でも均等数は大きく,特定の粒群に各元素が濃縮している。さらに粒度特性数は元素ごとに相互に近い。これは「ED」では部品内の金属素材の単体分離が進むため各元素の粒度依存性はこうした素材のサイズに依存し,素材のサイズ自体は種類別でさほど変わらないためであると考えられる。

ここで Ta に注目すると, 「BM5」「BM40」では平均粒度特性数・平均均等数が共に低く, タンタルコンデンサが破壊され, 多粒群に分散していることが分かる。その他の粉砕機では平均均等数が高く, またどの粉砕機の平均粒度特性数もタンタルコンデンサの部品粒径とほぼ同じ位置にあり, あまり破壊されていないことが示唆された。またサイズの小さいチップコンデンサに含まれる Pd に着目すると, 「PS-2」「CFS-1」「HC-1」「HC-2」の粉砕条件ではその平均粒度特性数および平均均等数が他の条件よりも高くなっていることから, 小さな部品の過粉砕が発生しない粉砕条件であると言える。これらのことを含めて全元素の粒度別分配を比較すると, 物理選別の前処理として有効な粉砕条件は, 「PS-2」「CFS-1」「HC-1」「HC-2」と考えられる。
### 3.3 各粉砕機の部品剥離率と部品破壊率について

特定の部品に濃集しているレアメタルを回収する手段として，「部品選別」は事前粉砕に要するエネルギーが少なく，選別効率の向上も期待されるため有効であると言える。「部品選別」を効果的に行なうためには，粉砕においてレアメタルを含む部品類をなるべく破壊せずに基板から剥離することが必要となる。そこで，部品剥離率と部品破壊率を以下のように定義し，各種粉砕機の比較を行なった。

「部品剥離率」：各元素の基板フィード中の全重量に対する粉砕産物中の-31.5mm 粒群の重量割合(基板はほぼ破壊されずに+31.5mm 粒群に残ると仮定)

「部品破壊率」：各元素の分配率 90 wt%となる部品群の全重量に対する, 粉砕産物中で同部品群の最小サイズ以下となった重量の割合

図 3.4 に, 横軸に部品剥離率を, 縦軸に部品破壊率をそれぞれとったグラフを示す。同図では, 実装部品が非破壊の状態で基板から剥離される場合ほど, プロットが右下側に位置することになる。
図 3.4 各種粉砕産物中の各元素の部品剥離率と部品破壊率の関係

「CFS-2」では「CFS-1」に比べて，部品破壊率が全体的に大きく，部品の破壊が進んでいることが伺える。「BM5」では部品破壊率が概ね高い値をとっており，また部品の剥離が特に少なかった。「HC-1」，「HC-2」はどちらも部品破壊率が非常に低くなっていることが分かる。また，「PS-2」「CFS-1」「HC-1」「HC-2」は部品剥離率が高く，部品破壊率が低く，後段の「部品選別」に適する粉砕であることが分かる。なお，「HC-1」「HC-2」には粉砕機内にスクリーンが設置されており，基板より剥離した部品類が系外に素早く排出されるため過粉砕が少なく，部品破壊率が低くなったと考えられる。一方，「PS-1」「CFS-2」「BM5」「BM40」は多くの元素において部品破壊率が高く，この産物では効果的な「部品選別」は期待できない。一方「ED」では部品剥離率は高くほとんどの部品が基板上から取れているが，部品破壊率は元素によって分散している。これは「ED」においては部品の種類によって破壊される部品と，破壊されない部品が存在するため，元素ごとに部品破壊率が異なったと考えられる。

以上より，「PS-2」「CFS-1」「HC-1」「HC-2」は，各元素を含む部品類をほぼ非破壊の状態で基板から剥離できるため，後段の「部品選別」の適用によるレアメタル濃縮が効果的に行われると期待できる。

### 3.4 電気パルス粉砕産物の特徴

#### 3.4.1 固形物の特徴

電気パルス粉砕(ED)では, 各種力学的粉砕方法とは異なる粉砕産物が多く見受けられた。そこで, ここでは電気パルス粉砕で得られた粉砕産物の特徴を述べる。
図 3.5 に, ED 後の基板および部品類の典型的な写真を, 図 3.6 に基板上の IC チップの粉砕過程を, 図 3.7 に粉砕後の IC チップ中の各種素材を, 図 3.8 にセラミックコンデンサの粉砕前後の状態を, 図 3.9 に粉砕後の基板の状態を示した。

図 3.5 高電圧電気パルス粉砕後の写真

図 3.6 IC チップの粉砕過程
中心部の金属素材

足部分

プラスチック

部品内部の構造

図 3.7 粉砕された IC チップ

図 3.8 セラミックコンデンサの粉砕挙動
図 3.9 粉碎後の基板の状態

図3.5より, EDでは, 部品, 特に金属素材の単体分離が良好に行われていることが分かる。図中には多くの銅線が見受けられるが, このように部品カバーが外れ銅線が非破壊の状態で露出する状態は通常の力学的粉砕では起こりえず, 電気パルス粉砕の特徴と言える。通常の力学的粉砕では, ごくわずかにこのように銅線が露出した状態になることもあるが, その際も, 多くの銅線が絡まった状態となり, その後の物理選別過程でトラブルの原因となることが容易に推測される。

電気パルス粉砕(ED)では, 電圧値が絶縁破壊強度を超えると, 不良導体同士および不良導体と良導体の境界面に選択的に電子なだれが起こり, 不良導体が選択的に破壊されるが, 金属のような良導体では電子は単にその中を流れるためほとんど破壊が起こらない。したがって, EDでは, 不良導体は破壊されるが良導体は破壊されず, ほぼ元の存在状態のままに単体分離が促進されると推測される。

図3.6には，ICチップの粉砕過程を示した。EDでは部品内部の金属板に電流が流れようとするため，まずはそれをカバーする樹脂部分が選択的に破壊され，その後，高電圧パルスを数多く受ける（図中右側に行く）にしたがってプラスチックカバーの破壊が激しく，また，内部の金属素材の剥離も進行してゆく様子が伺える。図3.7に，ED粉砕後の構成素材を示したが，金属類はほぼ元の形状を保っており，プラスチック類のみが破壊されていることが明確に示されている。

図 3.8 より, サイズ 1～2mm のセラミックコンデンサが ED 後ではすべて非破壊の状態で剥離されていることが分かる。力学的粉碎では, 通常, 大きな部品の基板からの剥離は比較的良好に行われるが, このように小さな部品の剥離は困難である。今後, 各種電子機器の高集積化 (小型化) の進行は必至であり, このように小部品の基板からの剥離が達成できる ED は, 重要な粉砕法の一つになると考えられる。

図3.9に示したように，基板についても粉砕前後で状態の変化が見られた。EDでは基板中の銅線等金属部分にも電流が流れるが，このとき金属部分と樹脂部分の境界面で電子なだれとその後の基板プラスチック類の瞬時の昇華(マイクロ爆発)が起こり，空隙ができるものと推測される。

#### 3.4.2 水溶液の特徴
電気パルス粉砕(ED)は基本的に水中で行うので,粉砕後の水溶液の処理が問題となる可能性がある。そこで,実験後の懸濁液をろ過してICP-AESにてろ液の分析を行った。表2.2にICP-AESによる化学分析結果を示す。

表 3.1 ろ液の ICP-AES による化学分析結果

ppm	Al	B	Ba	Bi	Ca	Co	Cu	Ga	K	Mg	Na	Ni	Zn
Sample 1	0.0256	0.144	0.819	0.108	0.719	0.0117	5.31	0.0288	3.95	0.0508	0.654	0.253	0.294
Sample 2	0.0161	0.158	0.522	0.0174	0.799	0	6.04	0.0412	3.47	0.0801	0.463	0.255	0.389
Sample 3	0.0359	0.147	0.474	0.0573	0.584	0	6.27	0.00197	3.77	0.0460	0.487	0.257	0.381

ED 実験には超純水を用いたが, 実験後は様々な元素が溶出していることが分かる。水中での電解質濃度が高い場合, 電流が固体でなく溶液に流れることが懸念されたが, 溶液中に多元素が溶出しているにも拘わらず後半の ED 実験も良好に行うことができた。すなわち, この程度の電解質濃度であれば, 基板への印加が可能であり, 超純水に拘らずとも良好な粉砕が行われることが確認された。

また Cu 以外のいずれの元素についてもその濃度は排水基準以下であり, 廃水処理においても大きな問題のないことも判明した。Cu の濃度のみが排水基準を超えたが, これは銅線・銅箔に大電流が流れるためと考えられた。

### 3.5 各種粉砕産物の部品破壊率・部品剥離率および粉砕エネルギー

ここで, 各粉砕機の部品破壊率, 部品剥離率と各粉砕機の粉砕媒体端部で発生する運動エネルギーとの関係を見てみる。

粉砕媒体の運動エネルギーは, 基本的に, 媒体の各部分におけるトルクをその長さ分だけ積分して求めたが, ボールミルについては, DEM シミュレーションにより求めた。

表 3.2 に各粉砕機・条件における粉砕媒体の運動エネルギーを示した。図 3.10 には，各粉砕機・条件における粉砕媒体の運動エネルギーと部品破壊率および部品剥離率の関係を示した。
表 3.2 各粉碎機・条件における粉碎媒体の時間積算運動エネルギー

粉砕機・条件	時間積算運動エネルギー(kJ)
PS-1	344000
PS-2	228000
BM5	288000
BM40	2300000
CFS-1	8485
CFS-2	44300
HC-1	20300
HC-2	18500

回転エネルギー(J)

図 3.10 部品破壊率・部品剥離率と媒体運動エネルギーの関係

図 3.10 より, 全体的な傾向としては, 媒体の運動エネルギーが大きくなると部品破壊率も大きくなる傾向が見られるが, 部品剥離率についてはそのような傾向は認められない。つまり, 部品の破壊は大きなエネルギーを加えるほど大きくなるが, 部品の基板からの剥離には, エネルギーのみでなく, 粉砕機・条件の設定が重要となることが分かる。例えば, 部品破壊率は, 「BM5・40」とその他の粉砕機・条件を比較すると, 「BM」では単位エネルギー当たりの部品剥離率(原点から各プロットに引いた直線の傾き)は, 明らかに他の粉砕機・条件に比べて低くなっている。なお, 単位エネルギー当たりの部品破壊率は, やはり「BM5・40」では他の粉砕機・条件に比べて若干高く, 特に低いのは「CFS-1」「HC-2」「PS-2」と言える。

次に, 同粉砕機の条件による違いを詳細に見てみたい。「PS-1」は「PS-2」に比べ
て，また「CFS-2」は「CFS-1」に比べて，粉砕媒体の運動エネルギーが大きく，粉砕中に基板に対して強い衝撃力を与えられ，また粉砕時間も長いため，部品の破壊が過度に進行したと考えられる。このことから，「PS」，「CFS」は短時間で部品剥離に必要十分な衝撃力を基板に与えることの出来る粉砕機であり，大きなエネルギーで長時間粉砕すると部品の破壊が進行すると推測できる。また，「BM」粉砕においては，粉砕媒体のエネルギーが非常に大きく，試験時間も他の粉砕機に比べて非常に長いため，ミル内での試料と媒体の接触確率が高くなり，部品破壊率が高くなったと考えられる。また，部品破壊率・部品剥離率と媒体の運動エネルギーの関係を見てみると，「BM5」と「BM40」および「PS-1」と「PS-2」では部品破壊率と部品剥離率の図において，両者のプロットの位置関係が似ている。これは，「BM」粉砕では時間の経過とともに，「PS」粉砕では媒体の長さの増大や形状の角張りにより，部品の破壊，剥離がともに進んだということが伺える。「CFS-1」と「CFS-2」では，媒体の運動エネルギー，粉砕時間が「CFS-2」の方が大きい（長い）が，部品剥離率に大きな違いが見られない。一方，部品破壊率はわずかではあるが「CFS-2」で大きくなっている。このことから，「CFS」では，粉砕の初期段階で部品の剥離が起きており，ある程度部品の剥離が起きたのちは，それ以上の部品の剥離は発生せず，媒体の運動エネルギーが部品の破壊にのみ使用されているということが示唆された。

各粉砕機・条件について, 図 3.10 の各プロットと原点を結ぶ直線の傾きから, 媒体の単位時間・単位運動エネルギーあたりの部品剥離率・部品破壊率を求める。図 3.11 にその値を示した。

図 3.11 各種粉砕機・条件における単位時間・単位エネルギー当たりの部品剥離率と部品破壊率の関係

図 3.11 より, 「PS」「CFS」「HC」では「BM」に比べて, 単位時間・単位エネルギー当
たりの部品剥離率が高く, 部品破壊率が低いことが明確である。つまり, 前者では後者に比べて, 粉砕媒体の運動エネルギーの多くが部品破壊でなく部品剥離に費やされていることが分かる。

### 4. 各粉碎産物の物理選別

### 4.1 各粉碎産物における構成元素の品位と分配率

本項では, 各粉砕機・条件での産物に所定の物理選別処理を施した場合の結果を比較する。

図 4.1 に Ta の, 図 4.2 に Cu の, それぞれ, 各種選別産物の品位と分配率を示す。また, このグラフの下には, 選別産物を当該元素分配率の高い順に集めた場合の総合産物の品位と回収率の変動を示した。同図中の数値は, 総合産物中への各元素の回収率が 90%になるために集めるための選別産物数 (以後, 90%回収選別産物数と呼ぶ) である。
図 4.1 Ta の各種選別産物への分配率および分配率の高い順に集めた場合の総合産物の品位と回収率の関係
図 4.1 Cu の各種選別産物への分配率および分配率の高い順に集めた場合の総合産物の品位と回収率の関係

これらの図を見ると, Cu と Ta では 90% 回収選別産物数が大きく違うということが分かる。例えば PS-1 での Cu の部品選別での 90% 回収部品種類数は 14.6 個, Ta の部品選別での 90% 回収部品種類数は 1.6 個であり, もともと一部の部品に濃集している Ta は分散している Cu に比べて 90% 回収選別産物数が, 粉体選別, 部品選別のどちらにおいても少なくなった。次項では各元素の 90% 回収選別産物数の比較を粉砕機ごとに行う。

### 4.2 90% 回收選別產物數（部品 vs 部品選別）

図 4.3 に, 既出, 90% 回収部品種類数と, 選別後の前産物に対して元素ごとに分配率の高い順に産物を回収したときに 90% 回収となる産物の数 (以後, 90% 回収選別産物数) との関係を粉砕機ごとに示した。
図 4.3 90% 回收産物数の比較(部品一部品選別)

図中，45° 線上にある元素は部品分選別が理想的に行われた場合を示している。「PS」に関しては，「PS-1」に比べて「PS-2」において多くの元素が斜め線上付近にあり部品選別が理想に近い形で行われたことが理解される。これは，既出図3.4の部品剥離率と部品破壊率の関係からも裏付けることができる。「PS-1」では45° 線上りも左上に存在する元素が多く見られ，部品の破壊が起き，それを構成していた元素類が多くの選別産物に分散したと考えられる。「CFS-1」に関しては，多くの元素が45° 線上に位置し，理想的な選別が行われていることが分かる。「BM40」については，部品の破壊が起こり，それらを構成していた元素が多くの選別産物に分散してしれない，90%回収選別産物数が大きくなると考えられる。「ED」については，45° 線上にあるものや，その左上・右下に存在するものなど様々である。90%回収選別産物数が多くなる理由としては，特定の部品に濃集している元素が，その部品が破壊されたもののそれを構成する素材の単体分離が不十分であり，多くの元素に分散すると思われる。なお，部品の破壊により構成元素の単体分離が進むものについては比較的90%回収選別産物数が低くなると考えられる。

なお, ほとんどすべての粉砕産物において, Fe, Ni 等がグラフの右下に位置しているが, これはこの元素が強磁性体であり, 基板上ではもともと分散して存在するが, 選別中の磁選によって容易に磁着物に濃縮されたものと考えられる。また, 本研究で着目している Ta, Nd, Nb に関しては限られた部品のみに存在しているためもともと 90% 回収部品種類数が少なく, それに伴って 90% 回収選別産物数も少なくなっており, 部品
選別が適正の行われたことを示唆している。

### 4.3 粉体選別と部品選別の比較

図 4.4 には, 粉体選別における 90% 回収選別産物数と粉体選別におけるそれとの関係を示した。

90%回收粉体選別產物數
図 4.4 90% 回収選別産物数の比較 (粉体選別一部品選別)

図中，45°線は部品・粉体選別ともに当該元素の濃縮効果が同程度であることを示している。「PS-2」と「CFS」に関しては多くの元素がその右下に存在しており，粉体選別に比べて部品選別がより有効であることが分かる。この2つの粉砕機については，図4.3で示したとおり，各元素の粒度分配率分布がもともとの部品の分布とほぼ同様であり（非破壊の部品が多く），特定部品に濃集している元素が部品選別によって効果的に濃縮されたと思われる。

「PS-1」においては，比較的サイズの大きい状態で存在するベースメタル類は部品選別に比べて粉体選別がより有効であるという結果となり，これら元素が部品の破壊によって単体分離性が向上したものと考えられる。ただ，他の多くの元素は概ね45℃線付近に存在しており，甲乙付け難しと言える。しかし，粉砕において，各種PCBを粉体にするには基板から部品を剥離するに比べて圧倒的に大きなエネルギーが必要であり，その視点からは，この45°線付近の元素についても部品選別が有利であると言うことができる。

「BM40」に関しては，多くの元素で粉体選別が有効であるという結果となった。図3.4で「PS-1」や「BM40」は部品破壊率が大きい結果となり，非破壊の部品として残っているものが少ないこと，ベースメタルは元々多部品に分散しているため，部品として回収するよりも，適宜粉砕して粉体選別を行う方が有利であったと考えられる。一方，Taなどの着目元素は部品破壊率が低く，部品選別での濃縮がより有利であることがこれらの場合にも理解される。
### 4.4 90%回収選別産物数の比較

図4.4では粉体選別と部品選別についての比較を行った。そこで次に、両選別産物を足し合わせ、レアメタル濃縮フローで得られる全ての選別産物に関する90%回収選別産物数を算出した。表4.1にその結果を示す。

表 4.1 各種粉砕産物の 90% 回収選別産物数の比較 (部品選別＋粉体選別)

Nd	Bi	Nb	Sb	Ta	Fe	Pt	Br	Ni	Ba	Pd	Mn
PS-1	1.5	12.0	6.7	14.9	5.9	7.3	11.3	19.1	8.7	10.8	7.5	12.8
PS-2	1.9	3.8	2.0	10.8	3.7	7.7	6.7	12.5	9.2	5.3	3.8	10.6
CFS-1	1.8	7.7	8.5	7.5	3.4	5.3	8.2	8.4	8.9	11.6	9.2	6.2
BM40	2.3	3.8	2.6	7.9	2.8	4.5	10.4	9.3	5.7	6.2	5.8	8.6
ED	1.9	4.0	5.0	5.1	5.4	5.6	6.0	7.4	9.2	9.9	10.3	10.6

Cr	Zn	Si	Sn	Al	Ti	Pb	Cu	Co	Au	Ag
PS-1	13.9	16.7	24.7	21.9	23.1	20.3	21.1	25.3	13.0	16.2	20.5
PS-2	4.0	9.5	13.8	14.3	17.5	10.5	14.5	12.6	10.0	12.7	11.3
CFS-1	7.2	8.9	10.8	18.8	14.0	14.4	17.8	12.1	6.8	13.3	15.0
BM40	2.1	7.5	13.4	12.5	13.0	9.0	13.5	9.7	7.4	9.8	10.2
ED	11.6	12.7	14.1	14.1	15.1	16.0	16.5	17.0	20.1	20.2	20.4

「PS-2」「CFS-1」に関しては全体的に 90% 回収選別産物数が小さい。これは部品がほぼ非破壊の状態にあるため、その特定部品に濃集する元素が特定の選別産物に濃縮されるためと考えられる。「PS-1」では、「PS-2」に比べて粉砕が過度に起っており、部品が破壊されてその部品に濃集していた元素が様々な粒度に分散して物理選別が効果的に行われなかったためと考えられる。ここで「BM40」の 90% 回収選別産物数は他の粉砕産物に比べて特に大きな値を示していない。ただし、この産物は「PS-2」「CFS-1」とは対照的にほとんどの部品が破壊されており、その結果多くの部品が粉体となっており、素材としての単体分離が進んだためと考えられる。

「ED」では, 90% 回収選別産物数の大小が元素ごとに異なっており, 素材の単体分離が進んだものは当該元素の 90% 回収選別産物数が小さく, 単体分離が進行しないものについては, 「PS-1」と同様に, 物理選別が有効でなかったと考えられる。90% 回収選別産物数が小さいものとしては例えば Br が挙げられるが, Br は様々な部品の樹脂部分の難燃剤として使用されているため部品一つ一つの Br 分配率は小さい。故に力学的粉砕手法での粉砕産物では Br が多部品に分散しているため 90% 回収選別産物数が大きいが, 「ED」では部品樹脂部分の単体分離が進むのでそれを構成する Br の 90% 回収選別産物数が少なくなると思われる。

### 4.5 各粉碎産物より得た物理選別濃縮産物の元素品位

これまでは RtoS 構想も念頭に置き, 総合産物としては各元素の回収率の高い順に
集めることを前提としてきたが，ここでは，総合産物の品位に注目し，得られた各選別産物を高品位順に集めた場合の総合産物の各種元素の品位と回収率の関係を検討した。ここでは，Taを例としてその関係を図4.6に示した。この場合，最高品位を持つ1種類の選別産物のみでは回収率が低いが，一つずつ積算するに従って，総合産物の品位は低下するが，回収率は上昇してゆく。図4.6はそのプロセスを示している。細線で示した曲線は，Taの他元素に対する等分離効率を10％ごとに示したものである。一般的に，グラフ中のプロットが右上側にあるほど，当該元素の濃縮が良好に行われたことを示すが，ここでは，粉砕・選別に供した電子基板中の各種元素が異なるため一概にそのようには言えず，分離効率が大となるプロットの多い粉砕産物が物理選別も良好であると判断される。
図 4.6 選別産物を高品位順に集めた場合の総合産物の品位と回収率の関係の遷移(Ta の場合)

「PS-1」「PS-2」を比べると，「PS-2」の各プロットは相対的に左下に位置しているが，分離効率としては「PS-1」の方が高くなっている。これは，「PS-1」ではタンタルコンデンサは破壊されるものの，Ta，Fe，Ni等の機能物質は破壊されず，外側のプラスチックカバー等が除去されてむしろ総合選別産物のTa品位が向上したと考えられる。「BM40」については，タンタルコンデンサに濃集していたTaが同部品の破壊により多くの破片に分散してしまい（過粉砕が起こり），その後の選別が不調に終わったものを考えられる。

一方，「ED」に関しては，「BM-40」と同様にタンタルコンデンサは破壊されるが，各種プロットは他の粉砕産物に比べてそのプロットは右上に位置している。「ED」では，部品の破壊は起こるが，その構成成分は過粉砕されず，素材同士があるサイズを保った（金属に関しては元のサイズの）まま単体分離が向上しており，選別が良好に行われたものと考えられる。

### 4.6 各種元素総合産物における最大分離効率の比較

各元素について図 4.6 と同様の関係をグラフ化し, 総合分離効率が最大となる値を求めた。表 4.2 にその結果を示す。図中, ある元素に対して最大分離効率が最も高い粉砕産物の値を黄色で示した。

「PS-1」「PS-2」を比較すると, 過半数の元素が「PS-1」において最大分離効率が高くなっており, 上記 Ta の場合のように, 一部の部品破壊によりむしろ元素濃縮が進み相対的に物理選別での濃縮が良好であったと判断される。ただし, 「PS-2」では全粉砕産物の中で最大分離効率が最高となる元素の数も多く, 非破壊の部品選別が有効である元素も多々存在することも注目される。
「CFS-1」「BM40」に関しては, 他の粉砕産物にくらべて最大分離効率が最高となる元素が少なく, 物理選別の効果が良好とは言い難い。一方, 「ED」に関しては最大分離効率が最高となる元素が非常に多く, 部品類は非破壊の状態で基板から剥離する訳ではないが, 金属成分を中心に構成素材の単体分離の向上が影響しているものと判断される。

表 4.2 各種元素総合産物の最大分離効率

Bi	Ta	Fe	Nd	Ba	Ni	Nb	Sn	Cu	Zn	Pt	Pd
PS-1	60.9	83.3	80.0	95.5	64.3	72.2	74.5	38.9	38.3	51.6	58.6	71.0
PS-2	48.8	55.6	83.1	91.0	80.2	53.1	80.3	25.0	43.6	77.8	48.3	76.9
CFS-1	34.2	83.0	69.6	96.8	64.7	54.1	67.3	22.0	25.7	48.8	62.1	59.8
BM40	71.2	75.3	67.5	99.6	63.5	58.5	75.7	24.5	52.9	39.1	61.0	56.6
ED	93.6	84.9	82.8	80.4	76.2	72.8	66.6	66.5	63.8	62.6	62.3	62.2

Al	Ti	Pb	Mn	Cr	Sb	Si	Br	Au	Ag	Co
PS-1	45.9	44.4	37.5	52.9	52.3	49.9	32.5	41.6	44.5	40.2	54.0
PS-2	42.2	62.5	29.2	57.0	44.9	37.2	36.8	34.5	33.7	28.4	70.2
CFS-1	30.8	54.8	34.8	68.3	48.9	43.0	20.4	48.5	28.0	28.3	54.4
BM40	34.7	41.9	31.8	40.9	74.4	32.8	36.1	32.8	30.0	27.4	45.6
ED	53.5	52.8	51.8	49.6	47.2	38.7	37.2	37.0	36.4	35.9	17.2

### 6. 濃縮産物の評価

各種金属について, 選別フローより得られた産物の元素分析結果より, 一般的な鉱石の原鉱品位以上である選別産物をすべて集めて総合濃縮産物とした。すぐに再資源化できない重要な産物については, "RtoS"構想の下, 濃縮産物として保管することを前提としている。総合産物の集めた選別産物数, 品位, 回収率, 当該元素の他の全元素に対する分離効率およびフィード品に対する総合産物品位の倍数(濃縮率・富鉱比)を表6.1～6.4に示す。
表 6.1 「PS-1」の総合産物の性状

產物數(個)	濃縮產物品位(wt%)	回收率(wt%)	分離効率(wt%)	濃縮率(富鈦比)
Ta	4	1.	87.53	81.	12.09
Co	11	0.07	82.81	51.39	1.08
Au	34	0.02	100.	23.87	1.05
Ag	44	0.27	100.	4.1	1.04
Pd	34	0.04	100.	23.87	1.39
Cu	46	18.44	100.	0.	1.36
Ti	1	7.64	2.12	1.95	13.47
Ni	9	6.01	89.18	72.2	4.6
Al	3	56.37	6.1	5.21	3.74
Fe	3	50.17	41.13	38.03	6.85
Sn	25	6.73	90.04	32.	2.04
Zn	15	4.1	81.39	49.52	1.85
Pb	9	10.65	59.35	35.49	3.41

表 6.2 「PS-2」の総合産物の性状

產物數(個)	濃縮產物品位(wt%)	回收率(wt%)	分離効率(wt%)	濃縮率(富鈦比)
Ta	13	1.42	99.96	53.19	17.16
Co	2	0.22	80.95	69.37	3.51
Au	39	0.1	100.	1.89	6.17
Ag	42	0.18	100.	0.97	0.69
Pd	30	0.1	99.88	51.05	3.33
Cu	43	25.55	99.99	1.44	1.88
Ti	3	6.19	15.24	13.9	10.92
Ni	10	4.	74.14	52.72	3.06
Fe	3	48.52	7.99	7.62	6.63
Sn	18	4.9	34.92	21.48	1.49
Zn	6	5.18	80.74	75.81	2.34
Pb	2	12.44	10.47	9.76	3.98
表 6.3 「CFS-1」の総合産物の性状

產物數(個)	濃縮產物品位(wt%)	回收率(wt%)	分離効率(wt%)	濃縮率(富鈦比)
Ta	4	0.82	99.96	83.02	9.98
Co	20	0.17	95.66	49.	2.69
Au	39	0.03	100.	0.35	1.69
Ag	44	0.23	100.	1.09	0.89
Pd	39	0.13	99.99	5.51	4.61
Cu	43	18.42	100.	0.01	1.35
Ti	9	8.11	19.33	15.68	14.3
Ni	10	2.64	85.08	53.28	2.02
Al	2	57.8	8.88	7.92	3.83
Fe	3	48.65	4.6	4.1	6.65
Sn	17	4.25	35.95	20.53	1.29
Zn	13	3.63	70.48	48.81	1.64
Pb	11	8.16	34.97	24.49	2.61

表 6.4 「BM40」の総合産物の性状

產物數(個)	濃縮產物品位(wt%)	回収率(wt%)	分離効率(wt%)	濃縮率(富鈦比)
Ta	3	0.56	10.67	10.57	6.74
Co	17	0.16	94.17	24.21	2.62
Au	39	0.02	100.	0.1	1.11
Ag	40	0.11	99.96	0.63	0.43
Pd	27	0.01	97.83	46.4	0.23
Cu	40	29.81	99.99	0.94	2.19
Ni	7	5.75	79.07	56.	4.4
Al	6	65.49	33.19	30.07	4.34
Fe	3	71.87	49.03	46.15	9.82
Sn	17	3.39	76.22	24.18	1.03
Zn	17	4.54	96.74	25.13	2.05
Pb	4	7.92	2.17	1.81	2.53

以上の表から, われわれの主たる回収対象元素である Ta, Co 等は, 「BM-40」を除くいずれの粉砕法を適用した産物の物理選別において比較的高い分離効率および濃縮率を呈しており, BM 粉砕以外の特殊粉砕機の優位性が明らかとなった。

Al, Fe などのベースメタル類, あるいは Cu や貴金属類の分離効率・濃縮率は比較的低い値を示したが, Al, Fe は廃電子基板からの回収対象外であり, Cu・貴金属類は, 銅製錬にて回収可能であるため, レアメタル類を濃縮した残渣を銅製錬にて処理することで回収可能となる。

以上より，小型廃家電品からの回収対象レアメタルは，特に，「PS」「CFS」「HC」での粉砕によって「BM」粉砕に比べて，格段に優れた効率で物理的な濃縮が可能であることが示唆された。
### 7. DEM シミュレーションによる検討

パーツセパレーターによる基板からの部品剥離機構を詳細に検討するために，離散要素法(Discrete Element Method, DEM)を用いてシミュレーションを行った。DEMでは球形粒子を対象としているため，そのままの形状で破砕機内の基板の挙動を詳細に再現することは困難である。そこで，新たな試みとして，粒子ベース剛体モデルを用いたシミュレーションを行なった。以下に，それらの結果を報告する。

### 7.1 シミュレーションの概要

#### 7.1.1 接触モデルの概要

DEM は, 粉体の数値計算に用いられる手法の 1 つのであり, 粉体を複数の粒子として表し, 個々の運動方程式を解くことによって粉砕の挙動を計算する。各粒子には, 重力の他に, 他の粒子と接触した時にのみ生じる接触力が働く。接触力の計算には幾つかのモデルが存在するが, 本研究ではフォークトモデルを採用した。フォークトモデルは, バネとダッシュポットが並列に連結したモデルであり, ばねは粒子間の重なりに比例した反発力によって粒子の跳ね返りを再現し, ダッシュポットは粒子間相対速度に比例した力によって, 衝突によるエネルギー減衰 (反発係数) を再現する。接触力は, 法線方向と接線方向に分けて計算されるが, 接線方向には, さらに摩擦スライダーを接続し, 摩擦力を再現する。

本研究で設定したパラメータを表7.1に示す。ばね定数は，本来はヤング率やポワソン比などの物性値に関係する値ではあるが，この値が大きくなるほど，粒子間の接触時間が短縮され，小さな時間刻みによる計算が必要となり，結果として計算负荷が大きくなる。したがって，一般にDEMシミュレーションはばね定数を仮想的な小さい値に設定することが多い。また，ばね定数の大小は，粒子群の挙動にはほとんど影響しないことが幾つかの既往の研究より報告されている。したがって，本研究においても，ばね定数は仮想的な小さい値を用いた。反発英数は実際の廃基板を数十回落下させて求めたものであり，摩擦係数は傾斜板からすべり始める角度を計測することによって求めたものである。

表 7.1 DEM シミュレーション条件

バネ定数	4000 N/m
反発係数	0.1
摩擦係数	0.8
粒子密度	3500 kg/m³

#### 7.1.2 粒子ベース剛体モデルの概要

剛体の形状表現にポリゴンを用いることにより複雑形状を精度良く表現できるが, 形状が複雑になればなるほどデータ量が膨大なものとなり, また衝突検出が非常に複雑